[发明专利]基于末端转移酶扩增核酸链制备核壳SERS结构的方法

说明书

本发明涉及生物检测领域和纳米材料功能化应用领域，公开了一种基于末端转移酶扩增核酸链的核壳SERS结构的制备方法，将起始链组装在纳米材料表面，用末端转移酶表面进行DNA扩增反应，将脱氧核苷酸转移到纳米材料表面组装的起始引物链上，在纳米材料表面形成长单链DNA，获得纳米材料‑长单链DNA复合物；再用化学还原法在纳米材料‑长单链DNA复合物外覆盖金属壳层，形成核壳结构。这种核壳SERS结构具有的长链DNA，可用作拉曼报告小分子，能够输出高效均一SERS信号，增强拉曼信号强度。并且碱基位于核壳之间，增加了核壳结构内“热点”数目的同时，不会影响靶分子或抗体在核壳结构表面的吸附，可大大提高检测的灵敏度，可用于生物分析检测领域。

技术领域

本发明涉及生物检测领域和纳米材料功能化应用领域，尤其是一种基于末端转移酶扩增核酸链的核壳SERS结构的制备方法。

背景技术

表面增强拉曼散射技术(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)的研究蓬勃兴起，给功能纳米探针在超灵敏生物检测、食品质量安全检测分析等领域的应用开辟了一个新天地。Mirkin以及他的合作者曾发展了一种基于SERS技术的DNA和RNA检测策略，这个方法最终能检测20fmol的靶分子。然而，这还不能充分满足生物分析领域的一些检测要求。

另外随着研究的深入，针对SERS机制的“热点”概念渐为人所知。相邻的金属纳米粒子之间的间隙之处即“热点”区域存在着较强的电磁场区域，如有拉曼小分子吸附在此区域，小分子本身的拉曼散射效应就被大大增强，这就为分子的超灵敏检测带了新的契机。基于“热点”机制，研究人员制备了一种基于纳米金粒子且中间存在1nm宽间隙的核壳探针，可以提高拉曼散射效应。

虽然研究表明间隙之中的拉曼小分子所处“热点”区域具备均一高效的SERS值，可实现“热点”的可控，但不容忽视的问题是：1.SERS技术的增强效应和高灵敏度需要拉曼小分子吸附在金属纳米结构表面。因此，巨大增强效应通常只发生在吸附能力强的分子上，而对于一些吸附能力弱的分子，SERS信号通常很弱甚至检测不到；2.即使是吸附能力较强的分子，在现有文献报道中，拉曼小分子也是简单吸附在金属纳米结构表面，在制备过程中遭遇离心洗涤时，不可避免地会造成金属结构表面部分分子的损失，从而造成“热点”数目以及整体SERS效应的降低。

碱基是DNA的重要组成部分，早在上世纪70年代，Thomas GJ等人就利用拉曼光谱技术对核酸碱基等做了系统的研究，对各个碱基的特征峰进行了表征。而近年来又有很多关于DNA碱基在银镜、银胶和各种粗糙电极或其他金属基底上SERS光谱和吸附状态的报道。因此利用DNA碱基作为拉曼小分子为制备新型的SERS探针开辟了思路。然而，之前的诸多研究都基于人工合成的短的碱基链(如polyA、polyT等)，较低浓度、较短碱基链很难探测到高效的SERS信号。利用核酸扩增技术在在传感探针中增加碱基个数，即增加“热点”数目的探索并不多见，其在定量生物分析中的应用更是鲜有报道。

现有的研究中，对基于DNA碱基的核壳SERS结构的制备研究相对较少，尤其是将该结构功能化后作为探针应用于生物分析领域则更为少见。

末端转移酶(TerminalDeoxynucleotidyl Transferase，TdT)技术可解决上述问题。TdT技术具备酶催化碱基聚合不需模板的特点，特别满足生物传感和生物分子检测中信号放大需求，成为国内外研究者关注的热点领域之一。进一步地，与PCR(polymerase chainreaction)、RCA(rolling circle amplification)等扩增技术不同的是，因TdT扩增不需模板，可催化单一脱氧核苷酸首尾相连生成核酸长链，因此本发明将该技术将其应用于核壳SERS结构的制备，解决现有技术中存在的问题。延伸后的单碱基可作为拉曼小分子，并实现核壳结构内“热点”数目的增加，以获得高效稳定的SERS信号。

发明内容