PolyAn NeutrAvidin中性亲和素(Neutravidin)修饰玻片用于开发病毒核酸高灵敏检测方法

2026-06-18 17:35:21, 环亚生物 环亚生物科技有限公司


研究目的

随着新发、再发病毒性疾病(如新冠)对公共卫生安全威胁的加剧,开发精准、快速、高灵敏的核酸检测方法,成为临床与科研急需解决的难题。金标准的核酸扩增检测(如 RT-PCR),存在引物设计复杂、假阴性风险高、操作繁琐等局限。

表面增强拉曼散射(SERS)具备超高灵敏度、抗光漂白、可多组分检测等优势,适合生物分子分析;但定量 SERS面临信号重复性差、波动大、基底不均一等挑战,传统单峰分析易受背景干扰。

因此,开发一种无需复杂合成、基于 SERS 的三明治杂交核酸定量检测法,以PolyAn 中性亲和素玻片为固相基底,实现 SARS-CoV-2 DNA 的灵敏、特异性定量,为病毒感染早期筛查提供新思路。

文章题目为“Quantitative SERS-Based Sandwich-Hybridization Assay for Nucleic Acid Detection”于2025年10月发表在ACS OMEGA杂志,作者来自于德国波茨坦大学化学研究所。



研究方法

01基底PolyAn 中性亲和素玻片

玻片表面预包被的中性亲和素(NeutrAvidin),能特异性、高亲和力结合生物素,是整个检测体系的固相捕获平台和核心,提供稳定、可控的固定界面,减少非特异性吸附,保证检测重复性。

02材料与探针

40nm金纳米颗粒(AuNPs)、TAMRA 标记DNA(拉曼报告分子)、生物素标记表面DNA、中性亲和素包被玻片、目标新冠 DNA(CoV-DNA,S 基因)及错配DNA。

03探针制备

冷冻法合成SERS纳米探针(AuNPs+TAMRA-DNA)。

04检测原理

目标DNA连接纳米探针与生物素标记DNA,形成三明治结构;通过生物素–中性亲和素特异性结合,固定到PolyAn亲和素玻片表面;TAMRA拉曼信号双重增强,实现定量。

05信号分析

传统法:1652cm⁻¹处TAMRA特征峰高定量;数字法:拉曼图谱转二值化图像,以活性像素面积占比定量,降低背景干扰。

06表征手段

扫描电镜(SEM)、紫外 - 可见光谱(UV-vis)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱 / 映射。



实验流程




合成 SERS 纳米探针;


探针、目标 DNA、以及生物素 DNA 进行杂交,形成三明治复合物;


滴加到 PolyAn 中性亲和素玻片上孵育 7 min,复合物被高效、特异性捕获;


水 / 乙醇洗涤、吹干;


AFM 观察玻片表面 AuNPs 分布,拉曼映射采集信号并定量(如下图1、2)。

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图1. 开发了一种基于SERS的夹心杂交检测方法,用于检测新冠病毒(SARS-CoV-2)RNA对应的DNA序列;整个方法无需复杂合成步骤。检测体系采用偶联金纳米颗粒的TAMRA标记DNA作为纳米探针,同时使用生物素标记的表面DNA链。当与目标分析物杂交后,形成完整的夹心结构,并通过亲和素-生物素相互作用固定在涂有中性亲和素的玻片上。检测到的拉曼信号来自TAMRA报告染料,结合共振增强与等离子体增强效应,实现了目标物的高灵敏检测。


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图2. SERS检测新冠病毒(CoV-DNA)原理示意图

目标DNA链(黄色)被染料标记互补探针(绿色)与生物素标记捕获探针(灰色)共同捕获,形成夹心结构。该复合物通过生物素 - 亲和素结合固定于玻片表面,SERS信号主要来自TAMRA报告染料,用于定量分析。



实验结果









  • PolyAn中性亲和素玻片特异性捕获三明治复合物,显著降低非特异性吸附,保证信号稳定、重复性好。

  • 定量性能:传统法LOD=1.4 nM(R²=0.90);数字法线性更优(R²=0.94),PolyAn中性亲和素玻片保证定量稳定性。

  • AFM–SERS 高度相关(R²=0.99),PolyAn中性亲和素玻片AuNPs 分布均匀、计数准确。

  • 特异性强:错配DNA几乎无信号,PolyAn中性亲和素玻片有效抑制非特异性结合。



研究结论

  • 建立基于商用材料、无需复杂合成的 SERS 夹心杂交核酸定量方法,灵敏度高、特异性强、重复性好

  • 数字图像分析法显著提升SERS定量线性与稳定性,适合批量与现场检测。

  • 新方法为新冠等病毒核酸快速筛查、早期诊断提供可靠工具。



原文链接

https://doi.org/10.1021/acsomega.5c01977


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