第３８卷，第１０期 光谱学与光谱分析
Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．１０，ｐｐ
３４７－３４８２ ０ １ ８年１ ０月 Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｏｃｔｏｂｅｒ，２０１８
基于Ｆｅ
３＋
与聚谷氨酸螯合作用的无酶磁免疫传感器的研究吴 景，邓穗敏，胡德华，王香凤，刘海灵，刘 媛，陈翊平＊，谢孟峡＊ 北京师范大学分析测试中心，北京 １００８７５
摘 要 利用金属螯合剂－聚谷氨酸与金属离子间的相互作用构建了一种新型的无酶信号放大磁免疫传感 器。密度泛函理论计算表明聚谷氨酸对Ｆｅ
３＋
的螯合能力高于其他金属离子。因此，将聚谷氨酸修饰在聚苯乙烯微球表面形成纳米刷，并用于对Ｆｅ
３＋
的螯合，进而将负载大量金属离子的纳米刷作为免疫分析的信号报告分子。该纳米刷对Ｆｅ３＋的负载量高达１．９２×１０８（每个纳米刷颗粒），该材料对Ｆｅ
３＋的高负载量为高灵敏无酶免疫传感器的构建提供了可能。经过在纳米刷表面修饰抗原以及纳米磁颗粒表面修饰抗体，利用免
疫竞争法实现了对微囊藻毒素的捕获，然后通过菲咯嗪法对纳米刷螯合的Ｆｅ
３＋
进行定量，从而实现对微囊藻毒素的定量检测。本工作构建的新型纳米刷具有高稳定性、储存周期长等优点，为现场即时检测提供了具
有前景的平台。
关键词 聚谷氨酸；无酶免疫传感器；纳米刷
文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－０５９３（２０１８）１０－０３４７－
０２ 收稿日期：
２０１８－０４－３０，修订日期：２０１８－０７－０１ 作者简介：吴 景，１９８８年生，北京师范大学分析测试中心博士研究生 ＊通讯联系人 ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉｅｍｘ＠ｍ
ａｉｌ．ｂｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 利用Ｐ
物联网技术
ＧＡ与Ｆｅ３＋
的螯合作用构建了一种新型的无酶信号放大免疫传感器。ＰＧＡ分子中含有大量羧基，是一种常用的污水处理剂。首先，将ＰＧＡ修饰在ＰＳ微球表面形成ＰＳ－
ＰＧＡ纳米刷（ＰＰＢ）敏感教师
。该纳米刷通过螯合作用吸附大量的Ｆｅ
３＋，该纳米刷复合物可以作为无酶信号放大系统的信号探针应用于免疫分析。最后，将构建的无酶纳米刷应用于微囊藻毒素（ＭＣ－ＬＲ）的检测。ＭＣ－
ＬＲ是一种蓝藻分泌的有毒小分子，饮用水中不得检出。通过ＥＤＣ／ＮＨＳ的偶联法将Ａｇ
（ＢＳＡ－ＭＣ－
ＬＲ）偶联在ＰＰＢ的表面形成免疫探针，而将抗体Ａｂ修饰在ＭＢｓ表面形成ＭＢｓ－Ａｂ。通过免疫竞争法，ＰＰＢ－Ａｇ与Ｍ
Ｃ－ＬＲ竞争地与
ＭＢｓ－Ａｂ发生免疫反应，从而形成ＭＢｓ－Ａｂ－ＰＰＢ－Ａｇ和Ｍ
Ｂｓ－Ａｂ－ＭＣ－ＬＲ两种复合物。最后将免疫复合物与过量的Ｆｅ
３＋
反应，并用菲咯嗪显法对螯合剩余的Ｆｅ３＋
进行定量分析（显后的溶液在５６２ｎｍ处有特征吸收峰）
。Ｆｉｇ．１ （ａ）Ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｒａｎｇｅｓ ｏｆ ＰＰＢＩ ａｎｄ ＥＬＩＳＡ ｆｏｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ＭＣ－ＬＲ ｉｎ ＰＢＳｓｏｌｕｔｉｏｎ；（ｂ）Ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｒａｎｇ
ｅｓ ｏｆ ＰＰＢＩ ａｎｄ ＥＬＩＳＡ ｆｏｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ＭＣ－ＬＲ 我们探讨了ＰＰＢＩ对ＭＣ－
ＬＲ的检测灵敏度，并与ＥＬＩＳＡ的检测灵敏度进行了对比（图１）。对不同浓度的ＭＣ－
ＬＲ（０．０５～２００ｎｇ
·ｍＬ－１）进行了检测。在５６２ｎｍ的的紫外吸收信号强度在０．０５～１００ｎｇ
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ｍＬ－１的ＭＣ－ＬＲ浓度范围内随着浓度增加而增强。而ＥＬＩＳＡ的信号强度（Ａ４５０）在０．０５
～１０ｎｇ
·ｍＬ－１的浓度范围内随着浓度的增加而增强，而浓度高于１０ｎｇ
·ｍＬ－１是信号不再增强。ＰＰＢＩ对ＭＣ－ＬＲ的定量标曲范围为０．１～１００ｎｇ
·ｍＬ－１，线性方程为Ｙ＝０．０７８Ｘ
＋０．１１７，Ｒ２＝０．９８６，而ＥＬＩＳＡ对ＭＣ－
高岭石ＬＲ的定量标曲范围为０．１～１０ｎｇ·ｍ
Ｌ－１，线性方程为：Ｙ＝０．７６１Ｘ＋０．８３７，Ｒ２＝０．９９５。我们根据以下公式对ＰＰＢＩ及ＥＬＩＳＡ的最低检
出限进行计算：最低检出限（ＬＯＤ）＝３Ｓ／Ｍ，Ｓ代表空白样本
的标准偏差（有最小信号的浓度作为空白样本），Ｍ代表低浓度范围内形成的标准曲线的斜率。ＰＰ
ＢＩ对ＭＣ－
ＬＲ的最低检出限为１２ｐｇ
·ｍＬ－１（Ｓ＝０．００１，Ｍ＝０．２４７），该灵敏度比ＥＬＩＳＡ的（６０ｐｇ
·ｍＬ－１，Ｓ＝０．０２４，Ｍ＝１．２１）提高了５倍。综上所述，基于ＰＧＡ与Ｆｅ３＋
螯合作用我们构建了一种新型无酶信号放大磁免疫传感器。ＤＦＴ理论计算和各种实验结果表明ＰＧＡ对Ｆｅ
３＋具有很高的吸附能力，能够极大地将信号放大并应用于免疫分析。同时，ＰＰＢＩ具有非常好的稳定
性和长的储存周期。该新型的无酶信号放大免疫传感器为临
人造神床现场检测提供了一种新的检测平台。
Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ
［１］ Ｔｏｎｇ Ｓ，Ｒｅｎ Ｂ Ｂ，Ｚｈｅｎｇ Ｚ Ｌ，ｅｔ ａｌ．ＡＣＳ Ｎａｎｏ，
２０１３，７：５１４２．［２］ Ｙｅ Ｈ Ｈ，Ｙａｎｇ
Ｋ Ｋ，Ｔａｏ Ｊ，ｅｔ ａｌ．ＡＣＳ Ｎａｎｏ，２０１７，１１：２０５１．Ｃｈｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｆｅ３＋ａｎｄ Ｐｏｌｙｇ
ｌｕｔａｎｉｃ Ａｃｉｄ Ｍｅｄｉａｔｅｄ ＩｍｍｕｎｏｓｅｎｓｏｒＷＵ Ｊｉｎｇ，ＤＥＮＧ Ｓｕｉ－ｍｉｎ，ＨＵ Ｄｅ－ｈｕａ，ＷＡＮＧ Ｘｉａｎｇ－ｆｅｎｇ，ＬＩＵ Ｈａｉ－ｌｉｎｇ，ＬＩＵ Ｙｕａｎ，ＣＨＥＮ Ｙｉ－ｐｉｎｇ
＊，ＸＩＥ Ｍｅｎｇ－ｘｉａ＊Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ＆Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ
Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００８７５，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ Ｗｅ ｈａｖｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ａｎ ｅｎｚｙｍｅ－ｆｒｅｅ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ｂｉｏｓｅｎｓｉｎｇ ｕｓｉｎｇ
Ｆｅ３＋
－ｐｏｌｙｇｌｕｔａｎｉｃ ａｃｉｄ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｃｈｅｍｉｓｔｒｙ．Ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｅｎｓｉｔｙ ｆｕｎ
ｃｔｉｏｎａｌ ｔｈｅｏｒｙ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ＰＧＡ ｈａｓ ａ ｍｕｃｈ ｈｉｇｈｅｒ ｂｉｎｄｉｎｇ ａｆｆｉｎｉｔｙ ｗｉｔｈＦｅ３＋ｔｈａｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｍｅｔａｌ ｉｏｎｓ．Ｇｕｉｄｅｄ ｂｙ ｔｈｉｓ ｒａｔｉｏｎａｌｅ，ａ ＰＧＡ－ｍｅｄｉａｔｅｄ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｂｅ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｎｊｕｇａｔｉｎｇ
ＰＧＡｏｎｔｏ ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ（ＰＳ）ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｔｏ ｆｏｒｍ ａ ｂｒｕｓｈ－ｌｉｋｅ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｆｅ３＋ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ＰＧＡ－ＰＳ ｂｒｕｓｈ（ＰＰＢ）ｈａｓ ａｌａｒｇｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ Ｆｅ３＋ｗｉｔｈ ａ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ １．９２×１０８
Ｆｅ ａｔｏｍｓ ｐｅｒ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ ｔｈａｔ ｇｒｅａｔｌｙ ａｍｐｌｉｆｉｅｓ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌｓ ｆｏｒ ａｓｓａｙｓｉｎ ａｎ ｅｎｚｙｍｅ－ｆｒｅｅ ｗａｙ．Ａｎｔｉｇｅｎ（ｂｏｖｉｎｅ ｓｅｒｕｍ ａｌｂｕｍｉｎ－ｍｉｃｒｏｃｙｓｔｉｎｓ－ＬＲ，ＢＳＡ－ＭＣ－ＬＲ）ｗａｓ ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ ｏｎ ＰＰＢ ｔｏ ｐｒｅｐ
ａｒｅ ｔｈｅｉｍｍｕｎｏ－ｐｒｏｂｅ（ＰＰＢ－Ａｇ），ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｔｉｂｏｄｙ
ｗａｓ ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ ｔｏ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｂｅａｄｓ ｔｏ ｐｒｅｐａｒｅ ＭＢｓ－Ａｂ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅｉｍｍｕｎｏａｓｓａｙ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｔｈｅ ｃａｐｔｕｒｅ ｏｆ ＭＣ－ＬＲ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｇｏｏｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｒａｐｉｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎｄ ｌｏｎｇ ｓｈｅｌｆ ｌｉｆｅ ｍａｋｅｔｈｉｓ ｅｎｚｙｍｅ－ｆｒｅｅ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｔｒａｔｅｇｙ ａｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｏｒ ｐｏｉｎｔ－ｏｆ－ｃａｒｅ ｂｉｏｓｅｎｓｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ Ｐｏｌｙｇｌｕｔａｎｉｃ ａｃｉｄ；Ｅｎｚｙｍｅ－ｆｒｅｅ ｉｍｍｕｎｏｓｅｎｓｏｒ；Ｎａｎｏｂｒｕｓｈ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ａｐｒ．３０，２０１８；ａｃｃｅｐ
外来妹
ｔｅｄ Ｊｕｌ．１，２０１８） ＊Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ
ａｕｔｈｏｒｓ８
４３光谱学与光谱分析 第３８卷
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