NML研究论文 | 多重蛋白检测:基于上转换荧光编码微球

内容简介

基于荧光编码微球的悬浮微阵列(液相生物芯片)技术,能够实现对同一种样品中的多种蛋白、细胞因子及基因序列同时进行定量和筛选,在生物识别和疾病诊断等领域具有很高的研究和应用价值。

上转化编码微球(UCNPs)具有更大的反斯托克斯位移、良好的耐光性、无背底、单波长激发等优点,有望替代商业化的Luminex-xMAP技术(基于有机染料)。

新加坡国立大学Zhang Yong教授课题组近日在Nano-Micro Letters发表题为Upconversion Nanoparticles-Encoded Hydrogel Microbeads Based Multiplexed Protein Detection的文章。

本工作开发了一种基于UCNPs的新的多重蛋白检测系统,同时实现对聚(乙二醇)酯(PEGDA)微球的编码与抗体的标记。用微流控液滴方法制备了尺寸、形状和UCNP均匀分布的编码微球,解决了一般物理方法荧光微球的不均匀性问题。

利用表面镀覆SiO2层以及羧基改性两步法,实现表面官能化的同时保持了UCNPs的发光性能。进一步地,通过对UNCPs的多色编码(红、蓝、绿),实现对报道抗体的高效标记以及对HSA和hCRP多重蛋白的有效检测。

图文导读

▶ 图1 PEGDA的光交联机理 

a) UV引发的光引发剂解离产生自由基; b) 链增长阶段,自由基攻击PEGDA中的双键形成新的自由基; c) 链转移; d) 自由基的不同组合形成稳定的不活泼产物,从而导致链终止。

▶ 图2 UCNPS合成及编码微球的表面改性

a) 分散于环己烷中NaYF4:50%Yb1%Er(红色)和NaYF4:18%Yb2%Er30%Lu(绿色)UCNPs的流体动力学尺寸和尺寸分布; b,c) NaYF4:50%Yb1%Er和d,e) 分散于环己烷中的NaYF4:18%Yb2%Er30%LuUCNP的TEM图像; f) NaYF4:50%Yb1%Er(上图)和NaYF4:18%Yb2%Er30%Lu(下图)UCNPs的发射荧光光谱,内插图(i,ii)是对应的照片; g)分散在水中的羧基改性的NaYF4:50%Yb1%Er(红色)和NaYF4:18%Yb2%Er30%Lu(绿色)UCNPs流体动力学尺寸和尺寸分布;羧基改性的h,i )NaYF4:50%Yb1%Er和j,k )NaYF4:18%Yb2%Er30%Lu分散在水中的UCNPs的TEM图像。l) 羧基修饰NaYF4:50%Yb1%Er(上图)和NaYF4:18%Yb2%Er30%Lu(下图)UCNPs插图(i,ii)的发射荧光光谱为对应的照片。

 图3 通过微流控液滴法合成多色UCNPs编码微球

a) 液滴微流体装置的AutoCAD设计;b) 微流控液滴合成微球的机理;c, d) 使用微流体装置产生水凝胶的明场显微镜图像;e, f) 在10倍和20倍放大倍数交联水凝胶后形成的微珠的明场显微镜图像;g) 在微流体通道中以不同流速的油形成水凝胶;h) 相应微球的明场显微镜图像(在40倍放大,曝光=10ms,增益=4x);i) 在不同的油流量下形成的微球直径;j) 对应的图表显示与不同油流量的关系(数据代表平均值±SD; n = 50个微球)。

 图4 羧基改性后编码微球的明场显微镜图像及其相应的荧光显微镜图像

用羧基改性的NaYF4:50%Yb, 1%Er和NaYF4:18%Yb2%Er30%Lu UCNPs编码微球的明场显微镜图像及其相应的荧光显微镜图像(在40倍放大下)。比例分别为a, f) 1:0; b, g) 0.67:0.33; c, h ) 0.5:0.5; d, i)0.33:0.67和e, j) 0:1; k)从每个微球(顶部)计算得到的红色和绿色强度比率 (底部)(数据代表平均值±SD; n = 20个微珠)。

 图5 用于标记报告抗体的UCNPs的合成及表面修饰

a) 在环己烷和水中羧基改性和未改性的NaYF4:30%Yb0.5%Tm UCNPs的尺寸分布;b) 在环己烷中的NaYF4:30%Yb0.5%TmUCNPs的TEM图像; c) 在水中的NaYF4:30%Yb0.5%Tm@carboxyl UCNPs的TEM图; d)NaYF4:30%Yb0.5%Tm UCNPs的发射荧光光谱,分别在环己烷和水中表面改性和未改性,插图(i)NaYF4:30%Yb0.5%Tm(ii)NaYF4:30%Yb0.5%Tm羧基UCNP相应的照片。

 图6 UCNPs-共轭报告抗体的制备

a) 在不同浓度的UCNPs下,UCNPs-Ab共轭物的不同表面电荷;b) 表面电荷对UCNPs-Ab共轭物中UCNPs浓度的图像;c, e)明场图像( 不添加UCNPs-Ab和添加UCNPs-Ab );d, f)荧光显微镜图像(放大倍数为40倍,不添加UCNPs-Ab和添加UCNPs-Ab );g) 在结合反应中使用不同浓度UCNPs的UCNPs-Ab对应的S/N比 (数据代表平均值±SD; n = 20个微球)。

 图7 多色UCNPs编码球基三明治免疫分析

明场图像和相应的开放式过滤器和用于收集蓝色发射过滤器的荧光显微镜图像(放大倍数为40倍)。a, b,c) 不添加目标HSA蛋白(对照)和d, e, f)添加目标HSA蛋白;g) 添加和不添加用于检测的靶蛋白编码微球的R/B强度比的图(数据表示平均值±SD; n = 20个微珠);h) 定量检测目标HSA蛋白的标准曲线(数据代表平均值±SD; n = 20个微珠)。

使用NaYF4:50%Yb1%Er和NaYF4:18%Yb2%Er30%Lu UCNPs编码的多色微球对靶蛋白HSA和hCRP进行多重检测。明场图像和相应的开放式过滤器和用于收集基于编码微球检测的蓝色发射过滤器的荧光图像,用于i,j,k) 不添加靶蛋白(对照)和l,m,n) 添加靶蛋白。

文章信息

文章发表于 Nano-Micro Letters 期刊 2018 年第 10 卷第 2 期,详情请阅读全文,可免费下载。本文在期刊微信 (nanomicroletters)、微博 (纳微快报NML)、科学网博客、Facebook、Twitter等媒体推出,请多关注。以往微信推文可参看网站(http://nmsci.cn)

Cite as:Swati Shikha, Xiang Zheng, Yong Zhang, Upconversion Nanoparticles-Encoded Hydrogel Microbeads-Based Multiplexed Protein Detection. Nano-Micro Lett. (2018) 10: 31.

https://doi.org/10.1007/s40820-017-0184-y

关键词:上转换纳米颗粒,PEDGA微球,编码,多重生物检测,单波长激发

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通讯作者简介

新加坡国立大学生物医学工程学院副教授,副院长。在Nature Communications, Nature Medicine, PNAS, Chemical Society Reviews, Chemical Reviews等期刊上发表论文165篇,被引用超过7000次。申请授权国际专利6项。担任十多种期刊的副主编、 编委。

Email:biezy@nus.edu.sg

主页:http://www.bioeng.nus.edu.sg/cellular/default.htm

主要研究领域:纳米生物光子学、纳米医学;生物材料;生物医学纳米器件。

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