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一种基于单个荧光分子漂白成像检测分子/离子的方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2016-02-26
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2016-06-01
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2018-07-24
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2036-02-26
基本信息
有效性 失效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201610107115.X 申请日 2016-02-26
公开/公告号 CN105548129B 公开/公告日 2018-07-24
授权日 2018-07-24 预估到期日 2036-02-26
申请年 2016年 公开/公告年 2018年
缴费截止日
分类号 G01N21/64 主分类号 G01N21/64
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 6
权利要求数量 7 非专利引证数量 1
引用专利数量 4 被引证专利数量 0
非专利引证 1、王国庆等.基于核酸适配体和纳米粒子的光学探针《.化学进展》.2010,第22卷(第2/3期),489-499. 程茗 等.应用全内反射单分子荧光成像研究蛋白复合物亚基组成《.中国科学:化学》.2012,第42卷(第12期),第2-3部分.;
引用专利 CN101115985A、US2013/0164739A1、CN103451182A、US2014/0011193A1 被引证专利
专利权维持 7 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权、未缴年费
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 湖南农业大学 当前专利权人 湖南农业大学
发明人 石星波、张赛楠 第一发明人 石星波
地址 湖南省长沙市芙蓉区东湖湖南农业大学 邮编 410128
申请人数量 1 发明人数量 2
申请人所在省 湖南省 申请人所在市 湖南省长沙市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
长沙正奇专利事务所有限责任公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
何为、袁颖华
摘要
一种基于单个荧光分子漂白成像检测分子/离子的方法,是根据单个荧光分子的单步漂白性质,将“裂开型”核酸适体中的一条片段改良成具有多个重复识别区域的片段,与另一条片段共同识别目标检测分子/离子,形成多个重复“三明治夹心型”识别区域;再将目标分子识别系统与待测样品溶液进行混合,使待测样品溶液中的目标检测分子/离子与该目标分子识别系统特异性结合形成标记荧光染料团聚体,分析荧光分子的漂白步数以考查团聚体的分子个数,进而计算目标检测分子/离子的浓度。该方法的检测下限能达到fM,且能实现多种小分子、离子的快速检测,不需要专业的操作人员,容易推广,适用各种检验检疫测部门。
  • 摘要附图
    一种基于单个荧光分子漂白成像检测分子/离子的方法
  • 说明书附图:图1
    一种基于单个荧光分子漂白成像检测分子/离子的方法
  • 说明书附图:图2
    一种基于单个荧光分子漂白成像检测分子/离子的方法
  • 说明书附图:图3
    一种基于单个荧光分子漂白成像检测分子/离子的方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2023-02-28 未缴年费专利权终止 IPC(主分类): G01N 21/64 专利号: ZL 201610107115.X 申请日: 2016.02.26 授权公告日: 2018.07.24
2 2018-07-24 授权
3 2016-06-01 实质审查的生效 IPC(主分类): G01N 21/64 专利申请号: 201610107115.X 申请日: 2016.02.26
4 2016-05-04 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种基于单个荧光分子漂白成像检测分子/离子的方法,其特征在于:该方法是根据“裂开型”核酸适体能特异性识别目标检测分子/离子的特性,将该“裂开型”核酸适体裂开成两条核酸序列,其中一条核酸序列直接标记上一个荧光染料,记为Probe1,另一条核酸序列记为Probe2;然后准备包含有多个重复Probe2核酸序列的识别探针,并且标记上相同的荧光染料,记为N-Probe2,其中N为Probe2重复序列的数量,N的数值为3-100;将该Probe1和N-Probe2作为识别荧光探针以形成目标分子识别系统;利用单个荧光分子的单步漂白性质,结合“裂开型”核酸适体的共同识别目标检测分子/离子的特性,将目标分子识别系统与待测样品溶液进行混合,使待测样品溶液中的目标检测分子/离子与该目标分子识别系统特异性结合形成标记荧光染料团聚体;再以显微镜为检测成像平台、以成像检测器为记录仪,分析荧光分子的漂白步数即荧光分子的聚合度以考查荧光染料团聚体的分子个数,进而计算目标检测分子/离子的浓度;计算公式为:Y=P1/(P1-X),其中,X为目标检测分子/离子浓度,Y为荧光分子的聚合度,P1为荧光染料团聚体中的最大荧光分子个数,P1>X。

2.如权利要求1所述的一种基于单个荧光分子漂白成像检测分子/离子的方法,其特征在于:所述目标分子识别系统中识别荧光探针Probe1与N-Probe2的浓度比为N:1。

3.如权利要求1所述的一种基于单个荧光分子漂白成像检测分子/离子的方法,其特征在于,所述目标检测分子的浓度为10-6~10-12mol/L。

4.如权利要求1所述的一种基于单个荧光分子漂白成像检测分子/离子的方法,其特征在于:所述荧光染料的发光波长为300-850nm。

5.如权利要求1所述的一种基于单个荧光分子漂白成像检测分子/离子的方法,其特征在于:所述显微镜为落射荧光显微镜、全内反荧光显微镜、扫描共聚焦荧光显微镜或微分干涉相差显微镜。

6.如权利要求1所述的一种基于单个荧光分子漂白成像检测分子/离子的方法,其特征在于:所述成像检测器为电子倍增耦合器件、相机或光电倍增管。

7.如权利要求1所述的一种基于单个荧光分子漂白成像检测分子/离子的方法,其特征在于:所述成像检测时的成像光源为汞灯、氙灯、卤素灯或激光器。
说明书

技术领域

[0001] 本发明主要涉及一种高灵敏检测分子或离子的方法,具体涉及一种基于单个荧光分子漂白成像检测分子/离子的方法。

背景技术

[0002] 目前定量检测分子主要依赖于气相色谱法,液相色谱法及质谱联用技术等方法,检测离子主要使用原子吸收分光光度计、原子荧光分光光度计、ICP-MS等。但是这些方法具有需要昂贵的仪器、专业的分析师、样品前处理复杂、分析时间长等缺点,因此,亟需寻找克服这些缺点的新型检测方法。
[0003] 化学生物传感器是一类以生物活性单元为识别元件,结合化学、物理转换元件,对被分析物具有高特异选择性的装置。其具有灵敏度高、检测速度快、操作简便、成本低等优点,已广泛应用于生物分子、化学离子等方面的检测。其中,近年发展起来的核酸适体,是一种有竞争力的识别元件,它是一种经体外筛选技术SELEX(指数富集配体系统进化)筛选出的能特异结合蛋白质或其他小分子物质的寡聚核苷酸片段。通常,核酸适体是一条单链核酸分子,其识别过程主要是基于其构象的转换,从而引起电化学、光学等信号的变化,进而实现目标分子的检测。如果将核酸适体序列合理的分开成两个片段,形成“裂开型”核酸适体,共同来识别一个目标检测物,将更有利于核酸适体的广泛应用。基于“裂开型”核酸适体开发的比色法、荧光法、电化学法等已成功地实现了多个生物分子的检测。但是,这些方法的传感策略复杂,灵敏度还有待进一步提高。
[0004] 单分子检测技术的发展让单个荧光分子的检测变得更为便利。单个荧光分子成像能记录荧光分子的强度的变化。研究表明,单个荧光分子的漂白过程呈现出单步漂白的过程,荧光斑点的漂白步数表示分子的数目,这为准确定量荧光分子提供了理论上的可能。基于荧光分子的单步漂白的单分子计算已经被应用于多个领域,其中包括计算单个颗粒上蛋白质/DNA交联的数目;计算膜结合蛋白中亚单位的个数;测量活细菌细胞中功能PspA复合物以及非入侵性的医学诊断。然而利用“裂开型”核酸适体的两个片段形成简单的“三明治夹心型”结构来识别生物分子/离子,运用单个荧光分子计数方法来考量核酸适体识别的效率,将能进一步提高检测的灵敏度。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种高灵敏,能快速进行多种小分子、离子检测的基于单个荧光分子漂白成像检测分子/离子的方法。
[0006] 为达上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种基于单个荧光分子漂白成像检测分子/离子的方法,该方法是根据“裂开型”核酸适体能特异性识别目标检测分子/离子,将该“裂开型”核酸适体裂开成的两条核酸序列分别进行荧光染料标记后作为识别荧光探针以形成目标分子识别系统;利用单个荧光分子的单步漂白性质,结合“裂开型”核酸适体的共同识别目标检测分子/离子的特性,将目标分子识别系统与待测样品溶液进行混合,使待测样品溶液中的目标检测分子/离子与该目标分子识别系统特异性结合形成标记荧光染料团聚体;再以显微镜为检测成像平台、以成像检测器为记录仪,分析荧光分子的漂白步数即荧光分子的聚合度以考查荧光染料团聚体的分子个数,进而计算目标检测分子/离子的浓度。
[0007] 具体地,本方法是根据“裂开型”核酸适体能特异性识别目标检测分子/离子,将目标检测分子/离子对应的“裂开型”核酸适体裂开成两条核酸序列,一条核酸序列直接标记上一个荧光染料,记为Probe1;另一条核酸序列,记为Probe2;然后准备包含有多个重复Probe2核酸序列的识别探针,并且标记上与前述核酸序列标记相同的荧光染料,记为N-Probe2,其中N为Probe2重复序列的数量,N为3-100;将标记有相同荧光染料的Probe1与N-Probe2溶液组成目标分子识别系统,该系统中识别荧光探针Probe1与N-Probe2的浓度比为N:1;再将待测样品溶液与该目标分子识别系统混合、静置,使待测样品溶液中的目标检测分子/离子与该目标分子识别系统特异性结合形成标记荧光染料团聚体(见图1);再以显微镜为检测成像平台、以成像检测器为记录仪,分析荧光分子的漂白步数即荧光分子的聚合度以考查荧光染料团聚体的分子个数,进而计算目标检测分子/离子的浓度。
[0008] 更具体地,完成上述检测方法的具体步骤为:
[0009] (1)根据目标检测分子/离子,选择对应的能特异性识别目标检测分子/离子的“裂开型”核酸适体(此方法为现有技术)。将该核酸适体裂开成两条核酸序列,一条核酸序列直接标记上一个荧光染料,记为Probe1;另一条核酸序列,记为Probe2;然后准备包含有多个重复Probe2核酸序列的识别探针,并且标记上与前述核酸序列标记的荧光染料相同的荧光染料,记为N-Probe2。
[0010] (2)用pH值为6-11的缓冲液(可为Tris-HCl缓冲液或硼酸缓冲液),将Probe1与N-Probe2分别配制成不同浓度的溶液(溶液浓度为10-6-10-12mol/L),并用盐酸缓冲液配制一系列浓度的待测样品溶液(样品溶液浓度为10-6-10-12mol/L)。
[0011] (3)将配制好的Probe1溶液与N-Probe2溶液按浓度比为N:1的比例混合,形成目标分子识别系统。
[0012] (4)将配制的一系列浓度的待测样品溶液,分别与目标分子识别系统混合,静置反应。目标检测分子/离子将与目标分子识别系统特异性的结合,形成荧光染料团聚体。整个过程在室温条件下进行。根据识别荧光探针的浓度来添加目标检测分子/离子的浓度,合适的浓度为10-6-10-12mol/L。待测样品浓度过低,成像区域目标物过少,不利于检测的速度;待测样品浓度过高,则会增加区分单个染料团聚体的难度,增加检测的假阳性。
[0013] (5)取步骤(4)中混合溶液4μL滴加到载玻片上,盖上盖玻片,用指甲油涂抹盖玻片四周,送显微镜观察。并记录各荧光斑点(荧光分子)的漂白情况。
[0014] (6)应用软件分析各荧光斑点的漂白步数(如图2),即各荧光斑点的聚合度。
[0015] (7)根据公式Y=P1/(P1-X),可计算不同目标检测分子/离子的浓度。其中,X为目标检测分子/离子浓度,Y为荧光分子的聚合度,P1为荧光染料团聚体中的最大荧光分子个数,P1>X。
[0016] 上述荧光染料的发光波长为300-850nm,即在该范围内的荧光染料都适用,如CY5、CY3、Alexa 488、Alexa 594、TOTO-1等。
[0017] 上述提及的显微镜为落射荧光显微镜、全内反荧光显微镜、扫描共聚焦荧光显微镜或微分干涉相差显微镜等,其正置与倒置显微镜皆可。
[0018] 上述提及的成像检测器为电子倍增耦合器件(EMCCD)、相机或光电倍增管等一切可以用于成像的器件。成像检测时用的成像光源为汞灯、氙灯、卤素灯或激光器等。
[0019] 本方法以能特异性识别分子/离子的并且标记有荧光染料的“裂开型”核酸适体为响应元件,构建一个能特异性识别目标检测分子/离子引起标记荧光染料团聚的生物传感策略,根据荧光分子的漂白步数来考查荧光染料团聚体的分子个数,进而计算目标检测分子/离子的浓度。如此,本方法在单分子水平上探测目标分子的浓度,检测下限可以达到fM;只要能筛选出相应“裂开型”核酸适体,就能实现多种的小分子、离子的检测;本方法检测迅速,不需要专业的操作人员,容易推广,适用各种检验检疫测部门。

实施方案

[0023] 下面结合实施例,对本发明作进一步详细描述。
[0024] 以下实施例仅用于说明本发明,但不用以限制本发明的范围。若未特别指明,实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
[0025] 实施例1
[0026] 以腺苷为检测对象,用能识别腺苷的“裂开型”核酸适体为识别探针,利用落射式荧光显微镜成像,观测荧光斑的漂白情况,记录漂白步数,结合待测物浓度与荧光聚合度的关系,实现腺苷的高灵敏检测。
[0027] 具体步骤如下:
[0028] 1.用于检测腺苷的识别荧光探针的设计与选择,其核苷酸序列为:
[0029] Probe1为:5’-CY5 -ACC TGG GGG AGT AT-3’(见SEQ ID No.1);
[0030] N-Probe2为:5’-CY5-TTT GCG GAG GAA GGT-TTT GCG GAG GAA GGT-TTT GCG GAG GAA GGT-TTT GCG GAG GAA GGT-TTT GCG GAG GAA GGT-TTT GCG GAG GAA GGT-TTT GCG GAG GAA GGT-TTT GCG GAG GAA GGT-3’(见SEQ ID No.2)。其中CY5为荧光染料。
[0031] 2.用硼酸缓冲液(pH=8.0)将上述识别荧光探针Probe1与N-Probe2分别配制成8nM和1nM的溶液。
[0032] 3.将步骤(2)中的识别荧光探针Probe1与N-Probe2的溶液按体积1:1的比例混合,形成腺苷识别体系溶液。
[0033] 4.用4%盐酸配制成一系列浓度的腺苷溶液,分别为1nM、2nM、3nM、4nM、5nM、6nM、7nM、8nM。
[0034] 5.将配制的一系列浓度的腺苷溶液分别与腺苷识别体系溶液混合,静置反应。
[0035] 6.取步骤(5)中混合溶液4μL滴加到载玻片上,盖上盖玻片,用指甲油涂抹盖玻片四周,以免水分蒸发,送显微镜观察。
[0036] 7.记录不同浓度的腺苷溶液中腺苷识别体系的荧光染料团聚情况。考察各荧光斑点的漂白步数,作标准曲线。非线性拟合后,所得关系式为y=P1/(P1-x),P1=9.28284±0.02023,R^2=0.9975。将数据转换为直线为1/y=-0.10058x+0.94387。其检测限为4pM。
(如图3)
[0037] 8.取另外几种已知浓度的腺苷溶液,考察该法的加标回收率,见下表1,较高的加标回收率说明本方法可行性强,结果可靠,能用来检测实际的水样、尿样或血清等。
[0038] 表1加标回收率考察数据
[0039]
[0040] 实施例2
[0041] 以可卡因为检测对象,用能识别可卡因的“裂开型”核酸适体为识别探针,利用全内反射荧光显微镜成像,观测荧光斑的漂白情况,记录漂白步数,结合待测物浓度与荧光聚合度的关系,实现可卡因的高灵敏检测。
[0042] 具体步骤如下:
[0043] 1.用于检测可卡因的荧光探针的设计与选择,其核苷酸序列为:
[0044] Probe1为:5’-CY3- ACAGC AGGGT GAAGT AACTT CTTG-3’(见SEQ ID No.3);
[0045] N-Probe2为:5’-CY3- CAAGA ACTGA GGG- CAAGA ACTGA GGG- CAAGA ACTGA GGG- CAAGA ACTGA GGG- CAAGA ACTGA GGG- CAAGA ACTGA GGG- CAAGA ACTGA GGG-CAAGA ACTGA GGG- CAAGA ACTGA GGG- CAAGA ACTGA GGG-3’(见SEQ ID No.4);其中,CY3为荧光染料。
[0046] 2.用Tris-HCl缓冲液(pH=8.2)将上述识别荧光探针Probe1与N-Probe2分别配制成10nM和1nM的溶液。
[0047] 3.将(2)中所述识别荧光探针Probe1与N-Probe2的溶液按体积1:1的比例混合,形成腺苷识别体系溶液。
[0048] 4.用4%盐酸配制一系列浓度的可卡因溶液,分别为1nM、2nM、3nM、4nM、5nM、6nM、7nM、8nM、9nM、10nM。
[0049] 5.将配制的一系列浓度的可卡因溶液,分别与可卡因识别体系溶液混合,静置反应。
[0050] 6.取(5)中混合溶液4μL滴加到载玻片上,盖上盖玻片,用指甲油涂抹盖玻片四周,以免水分蒸发,送显微镜观察。
[0051] 7.记录不同浓度的可卡因溶液中,可卡因识别体系的团聚情况。考察各荧光斑点的漂白步数,作标准曲线。
[0052] 8.取另外几种已知浓度的可卡因溶液,考察该法的加标回收率,结果显示了较高的加标回收率,说明本方法可行性强,结果可靠,能用来检测实际的水样、尿样或血清等。
[0053] 实施例3
[0054] 以β-雌二醇为检测对象,用能识别β-雌二醇的“裂开型”核酸适体为识别探针,利用全内反射荧光显微镜成像,观测荧光斑的漂白情况,记录漂白步数,结合待测物浓度与荧光聚合度的关系,实现β-雌二醇的高灵敏检测。
[0055] 具体步骤如下:
[0056] 1.用于检测β-雌二醇的荧光探针的设计与选择,其核苷酸序列为:
[0057] Probe1为:5’-Alexa 594- GCGGC TCTGC GCATT CAATT GCTGC GCGCT GAAGC GCGGA AGC–3’(见SEQ ID No.5);
[0058] N-Probe2为:5’-Alexa 594-GCTTC CAGCT TATTG AATTA CACGC AGAGG GTA-GCTTC CAGCT TATTG AATTA CACGC AGAGG GTA- GCTTC CAGCT TATTG AATTA CACGC AGAGG GTA- GCTTC CAGCT TATTG AATTA CACGC AGAGG GTA-GCTTC CAGCT TATTG AATTA CACGC AGAGG GTA-GCTTC CAGCT TATTG AATTA CACGC AGAGG GTA-GCTTC CAGCT TATTG AATTA CACGC AGAGG GTA-GCTTC CAGCT TATTG AATTA CACGC AGAGG GTA--3’(见SEQ ID No.6)。其中Alexa 594为荧光染料。
[0059] 其它步骤与实施例1相同。
[0060] 本实施例中加标回收率考察数据显示了较高的加标回收率,说明本方法可行性强,结果可靠,能用来检测实际的水样、尿样或血清等。

附图说明

[0020] 图1为本发明方法检测原理示意图。
[0021] 图2为以腺苷为检测对象时的荧光团聚体的单步及多步(二至八步)漂白示意图。
[0022] 图3为检测腺苷的数据曲线示意图。
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