基于生物传感器来检测生物标志物的核磁共振检测方法及试剂盒

技术领域

本发明涉及核磁共振检测技术领域，特别是涉及基于生物传感器来检测生物标志物的核磁共振检测方法及试剂盒。

背景技术

核磁共振(Nuclear magnetic resonance，NMR)技术不仅可以在临床中为医生及患者提供医学影像作为诊断依据，它还在化学结构分析、物质定量检测等方面有着重要作用，具有检测特异性强、检测灵敏度高、检测穿透深度高、无需对样品进行分离纯化、可对多种物质(如蛋白质、核酸、金属离子、病毒、细菌等)进行定量检测等的优势。极低场核磁共振(Ultra-low field NMR，ULF NMR)是一种主磁场强度为μT量级的磁共振系统，与目前临床使用的高场核磁共振仪相比，具有成本低廉、无金属伪影、可移动性强等优点，可作为桌面型检测仪对生物标志物等进行体外检测。

生物标志物包括蛋白质、外泌体、核酸、病毒等，能够标记系统、器官、组织、细胞或亚细胞的结构或功能改变，具有广泛的用途。目前，已有多种手段能够对生物标志物进行特异性定量检测，如免疫荧光技术、放射素免疫分析法、酶联免疫分析法等，但现有方法均存在着操作步骤复杂、需对样品进行分离提纯、不能够快速有效地判断样品中的生物标志物含量等缺点。近年来，一些使用NMR技术的新型生物标志物检测手段一般使用四氧化三铁磁性纳米颗粒连接特异性适配体作为检测探针。此类方法在获取探针时步骤繁琐，不能够简单快速地获取检测探针，从而在特定生物标志物的快速、有效、特异性检测方面不具有优势。

新型冠状病毒是一种与严重呼吸窘迫相关的具有高传染性的病毒，能够导致被感染者出现发热、呼吸困难等症状，严重者可能导致肺炎、严重急性呼吸综合征、肾衰竭甚至死亡，是21世纪迄今为止全球范围内发生的一次传播范围最广、影响范围最大的疫情。因此，提早预防与快速筛查新型冠状病毒携带者显得尤为重要。疫情之初，利用实时逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)对新型冠状病毒进行检测是最为主要的检测手段，但该法需要至少3小时的诊断时间。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供基于生物传感器来检测生物标志物的核磁共振检测方法及试剂盒，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。

本发明的目的之一在于提供基于生物传感器来检测生物标志物的核磁共振检测方法，包括如下步骤：

提供第一溶液，所述第一溶液包括标记有磁性石墨烯量子点的特异性适配体，所述特异性适配体能够与目标生物标志物特异性结合；

提供第一溶液的弛豫时间T

将第一溶液与待测样品混合以提供第二溶液；

提供第二溶液的弛豫时间T

石墨烯量子点(Graphene quantum dots，GQDs)是一种新型的准零维材料，具有尺寸小(一般为纳米尺寸)、生物安全性高、易于与多种类物质相连接的优势。石墨烯量子点的横向尺寸一般小于适配体尺寸，可以通过酰胺化反应快速便捷地与生物标志物的特异性适配体结合，并且不对特异性适配体的结构与功能产生影响。本发明通过观测到标记有磁性石墨烯量子点的特异性适配体与不等量生物标志物结合时的弛豫时间(T

优选地，所述第一溶液的溶剂包括磷酸缓冲液，所述第一溶液中标记有磁性石墨烯量子点的特异性适配体的浓度为0.01μg mL

优选地，所述磁性石墨烯量子点的横向尺寸为1nm～20nm，厚度为0.2nm～6nm。

优选地，所述磁性石墨烯量子点为钆修饰的磁性石墨烯量子点，所述磁性石墨烯量子点中钆的含量为0.01mmol g

更优选地，所述磁性石墨烯量子点中钆的含量为0.01mmol g

本发明中，所述钆修饰磁性石墨烯量子点的制备过程如下：1)将石墨烯量子点与聚乙二醇分散于水中，进行水热反应，反应时间为2～168h，反应温度为140～300℃；2)在步骤1)中加入硝酸钆，进行第二次水热反应，反应时间为2～168h，反应温度为140～300℃，将产物冻干即获得钆修饰的磁性石墨烯量子点。

优选地，所述磁性石墨烯量子点为磁性氧化石墨烯量子点。氧化石墨烯量子点表面含有丰富的含氧基团，如羧基等，可使得磁性石墨烯量子点与特异性适配体发生结合。

优选地，所述第一溶液的制备过程为：在合适的溶剂体系下，将磁性石墨烯量子点和特异性适配体接触，以提供第一溶液。溶剂体系中，所引入的磁性石墨烯量子点的浓度为0.01μg mL

本发明中，提供第一溶液的方法可以为将磁性石墨烯量子点与特异性适配体直接分散于溶剂体系中，也可以是将磁性石墨烯量子点和特异性适配体分别分散于溶剂体系中后再混合。

本发明中，提供第二溶液的方法可以为第一溶液与待测样品直接混合获得，也可以是将第一溶液与待测样品的磷酸缓冲液混合获得。

优选地，所述目标生物标志选自核酸、蛋白、外泌体、病毒中的一种或多种的组合。

更优选地，所述目标生物标志物选自Protein G、外泌体、miRNA(例如，miRNA-155)、Spike蛋白和新型冠状病毒中的一种。待测样品中可能存在不同浓度的目标生物标志物，也可能不存在目标生物标志物。合适的适用于本发明的待测样品可以是Protein G、外泌体、miRNA-155、miRNA-21、miRNA-141、Spike蛋白、牛血清白蛋白(BSA)、新型冠状病毒中的一种或多种的组合。

优选地，所述特异性适配体选自核酸、蛋白中的一种或多种的组合，优选选自与目标生物标志物至少部分互补的核酸链(例如，miRNA-155互补链RNA)、免疫球蛋白G(IgG)、CD63抗体、Spike蛋白的适配体中的一种或多种的组合。

优选地，通过核磁共振仪提供溶液的弛豫时间，所述核磁共振仪的主磁场强度为1μT～50mT，所述核磁共振仪的信号检测元件选自SQUID、碱金属蒸汽的光泵磁力仪和线圈中的一种。

本发明的目的之二在于提供一种试剂盒，能够适用于上述所述基于生物传感器来检测生物标志物的核磁共振检测方法。

优选地，所述试剂盒包含第一溶液，所述第一溶液包括标记有磁性石墨烯量子点的特异性适配体，所述特异性适配体能够与目标生物标志物特异性结合；或，

所述试剂盒包括A液和B液，所述A液包括磁性石墨烯量子点，所述B液包括特异性适配体。

本发明将石墨烯量子点进行钆修饰后形成磁性纳米颗粒，使得磁性石墨烯量子点嵌入特异性适配体后形成标记有磁性石墨烯量子点的特异性适配体，该特异性适配体从而具有磁性，在核磁共振系统下进行弛豫时间测试时，由于核磁共振检测探针与生物标志物结合后，磁性颗粒发生了小范围聚集，导致了弛豫时间的改变，根据弛豫时间的变化量，可以鉴定目标生物标志物，进一步可以得知样本中目标生物标志物的量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明方法具有可检测生物标志物种类范围广、检测灵敏度高、无需对生物标志物进行分离提纯等优势，可作为快速开发具有特异性的生物标志物检测方法的有效手段。

附图说明

图1显示为本发明实施例1的溶液在目标生物标志物Protein G加入前后的弛豫时间变化图

图2显示为本发明实施例2的溶液的弛豫时间与目标生物标志物C浓度的曲线图

图3显示为本发明实施例3的溶液在目标生物标志物核酸加入前后的弛豫时间的变化图

图4显示为本发明实施例4的第一溶液混合时间对第一溶液的弛豫时间T

图5显示为本发明实施例4的第二溶液混合时间对第二溶液的弛豫时间T

图6显示为本发明实施例5不同浓度Spike蛋白后对第二溶液的弛豫时间T

图7显示为本发明实施例6加入不同目标生物标志物蛋白对第二溶液的弛豫时间T

图8显示为本发明实施例7的溶液在目标生物标志物新型冠状病毒加入前后的弛豫时间变化图

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、仪器、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、仪器、材料相似或等同的现有技术的任何方法、仪器、材料来实现本发明。

本申请实施例中，基于生物传感器来检测生物标志物的核磁共振检测的通用方法具体包括以下步骤：

1)提供磁性石墨烯量子点的磷酸缓冲溶液A、特异性适配体的磷酸缓冲溶液B、目标生物标志物的磷酸缓冲溶液C；

2)将溶液A、溶液B混合得到第一溶液；

3)在核磁共振仪中，检测第一溶液的弛豫时间T

4)将溶液C加入第一溶液中得到第二溶液；

5)在核磁共振仪中，检测第二溶液的弛豫时间T

本发明将石墨烯量子点进行钆修饰后形成磁性纳米颗粒，使得磁性石墨烯量子点嵌入适配体后的复合体具有磁性，在核磁共振系统下进行弛豫时间测试时，由于核磁共振检测探针与生物标志物结合后，磁性颗粒发生了小范围聚集，导致了弛豫时间的改变，根据弛豫时间的变化量，可以进一步得知样本中目标生物标志物的量。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的核磁共振检测探针及抗原的检测方法进行详细描述。本发明实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

本实施例提供了用于核磁共振检测的探针检测生物标志物的方法，用于检测目标生物标志物Protein G，包括以下步骤：

1)浓度为0.1mg mL

2)将溶液A、溶液B混合得到第一溶液；

3)在核磁共振仪中，检测第一溶液的弛豫时间T

4)将溶液C加入至第一溶液中，得到第二溶液；

5)在核磁共振仪中，检测第二溶液的弛豫时间T

本申请实施例中，IgG购买自南京金斯瑞生物科技有限公司，Catalog Number：A01008；

Protein G购买自南京金斯瑞生物科技有限公司，Catalog Number：Z02007；

核磁共振仪的主磁场强度为1μT，所用的信号检测元件为基于铯蒸汽的光泵磁力仪。

本实施例中弛豫时间如图1所示，由图可见，第一溶液的弛豫时间T

实施例2

本实施例提供了用于核磁共振检测的探针检测生物标志物的方法，用于检测目标生物标志物外泌体，包括以下步骤：

1)浓度为0.01μg mL

2)将溶液A、溶液B混合得到第一溶液；

3)在核磁共振仪中，检测第一溶液的弛豫时间T

4)将溶液C加入至第一溶液中，得到第二溶液；

5)在核磁共振仪中，检测第二溶液的弛豫时间T

本申请实施例中，CD63抗体购买自艾博抗(上海)贸易有限公司，Catalog Number：ab216130；

外泌体由体液样本经高速离心获得；

核磁共振仪的所述核磁共振仪的主磁场强度为50mT，核磁共振仪的信号检测元件为线圈。

本实施例对混合液的弛豫时间随目标生物标志物溶液C的浓度变化进行了研究。如图2所示，随着溶液C浓度的增大，第二溶液的弛豫时间随之变长。具体地，溶液C的浓度为0.1μg mL

实施例3

本实施例提供了用于核磁共振检测的探针检测生物标志物的方法，用于检测目标生物标志物核酸，包括以下步骤：

1)浓度为100mg mL

2)将溶液A、溶液B混合得到第一溶液；

3)在核磁共振仪中，检测第一溶液的弛豫时间T

4)将溶液C分别加入至第一溶液中，得到第二溶液；

5)在核磁共振仪中，分别检测第二溶液的弛豫时间T

本申请实施例中，miRNA-155互补链RNA购买自Cohesion Biosciences Limited，Catalog Number：CPK1116；

miRNA-155购买自Cohesion Biosciences Limited，Catalog Number：CMH0138；

miRNA-21购买自Cohesion Biosciences Limited，Catalog Number：CPK1029；

miRNA-141购买自Cohesion Biosciences Limited，Catalog Number：CPK3101；

核磁共振仪的主磁场强度为10mT，核磁共振仪的信号检测元件为线圈。

本实施例中溶液C中的有效成分改变时，混合液的弛豫时间也发生变化，说明本发明的检测方法具有特异性。如图3所示，在加入溶液C前，第一溶液的弛豫时间T

实施例4

本实施例提供了用于核磁共振检测的探针检测生物标志物的方法，用于检测目标生物标志物Spike蛋白，包括以下步骤：

1)浓度为10mg mL

2)将溶液A、溶液B混合得到第一溶液；

3)在核磁共振仪中，检测第一溶液的弛豫时间T

4)将溶液C加入至第一溶液中，得到第二溶液；

5)在核磁共振仪中，分别检测第二溶液的弛豫时间T

本实施例中，Spike蛋白的适配体购买自北京义翘神州科技股份有限公司，Catalog Number：40592-MM57；

Spike蛋白购买自北京义翘神州科技股份有限公司，Catalog Number：40592-V05H。

所述核磁共振仪的主磁场强度为50μT，核磁共振仪的信号检测元件为SQUID。

本实施例对磁性石墨烯量子点与特异性适配体的第一溶液在不同时间点的弛豫时间T

实施例5

本实施例提供了用于核磁共振检测的探针检测生物标志物的方法，用于检测目标生物标志物Spike蛋白，包括以下步骤：

1)浓度为2mg mL

2)将溶液A、溶液B混合得到第一溶液；

3)在核磁共振仪中，检测第一溶液的弛豫时间T

4)将不同浓度的溶液C分别加入至第一溶液中，得到第二溶液；

5)在核磁共振仪中，分别检测第二溶液的弛豫时间T

本申请实施例中，Spike蛋白的适配体购买自北京义翘神州科技股份有限公司，Catalog Number：40592-MM57；

Spike蛋白购买自北京义翘神州科技股份有限公司，Catalog Number：40592-V05H；

核磁共振仪的主磁场强度为200μT，核磁共振仪的信号检测元件为SQUID。

本实施例对不同浓度Spike蛋白对第二溶液的弛豫时间T

实施例6

本实施例提供了用于核磁共振检测的探针检测生物标志物的方法，用于检测目标生物标志物Spike蛋白，包括以下步骤：

1)浓度为5mg mL

2)将溶液A、溶液B混合得到第一溶液；

3)在核磁共振仪中，检测第一溶液的弛豫时间T

4)将溶液C分别加入至第一溶液中，得到第二溶液；

5)在核磁共振仪中，分别检测第二溶液的弛豫时间T

本申请实施例中，Spike蛋白的适配体购买自北京义翘神州科技股份有限公司，Catalog Number：40592-MM57；

Spike蛋白购买自北京义翘神州科技股份有限公司，Catalog Number：40592-V05H；

Protein G购买自南京金斯瑞生物科技有限公司，Catalog Number：Z02007；

BSA购买自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，CAS Number：9048-46-8；

核磁共振仪的主磁场强度为100μT，核磁共振仪的信号检测元件为线圈。

本实施例对同一浓度的不同生物标志物进行了研究，以检验本发明所提供方法的特异性。在加入溶液C前，第一溶液的弛豫时间T

实施例7

本实施例提供了用于核磁共振检测的探针检测生物标志物的方法，用于检测目标生物标志物新型冠状病毒，包括以下步骤：

1)浓度为0.5mg mL

2)将溶液A、溶液B混合得到第一溶液；

3)在核磁共振仪中，检测第一溶液的弛豫时间T

4)将溶液C加入至第一溶液中，得到第二溶液；

5)在核磁共振仪中，检测第二溶液的弛豫时间T

本申请实施例中，Spike蛋白的适配体购买自北京义翘神州科技股份有限公司，Catalog Number：40592-MM57；

新型冠状病毒购买自吉满生物科技(上海)有限公司，Catalog Number：GM-0220PV07-S；

核磁共振仪的主磁场强度为20μT，核磁共振仪的信号检测元件为铷蒸汽的光泵磁力仪。

本实施例对新型冠状病毒进行研究。如图8所示，第一溶液的弛豫时间T

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。