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水溶性香豆素荧光底物的制备及在液滴数字式检测中的应用
匡小军, 伊京伟, 方晓霞, 赖东梅, 徐宏
高等学校化学学报    2021, 42 (11): 3537-3546.   DOI:10.7503/cjcu20210459
摘要   (955 HTML28 PDF(pc) (2717KB)(550)  

4-甲基伞形酮磷酸酯(4-MUP)是一类重要的荧光底物, 由于具有较高的疏水性, 荧光信号易在液滴间扩散而限制了其在液滴微流控芯片领域中的应用. 本文首先通过修饰7-羟基香豆素-4-乙酸, 制备了具有较高水溶性的新型底物分子7-二羟基磷酸酯香豆素-4-乙酸甲酯; 进而以7-二羟基磷酸酯香豆素-4-乙酸甲酯为底物, 以球刷酶(荷载大量碱性磷酸酶的聚电解质纳米颗粒, SP-AKP)为模式酶, 建立了基于液滴微流控的单SP-AKP数字式检测体系. 结果表明, 该水溶性香豆素荧光底物具有与传统4-MUP底物相似的荧光光谱和酶催化性能. 传统4-MUP酶促荧光产物5 min即在液滴中发生明显扩散, 而该水溶性香豆素荧光底物酶催化后产生的荧光产物7-羟基香豆素-4-乙酸甲酯在24 h后仍未观察到明显扩散现象, 具有优异的抑制荧光扩散性能. 在基于液滴微流控芯片的单SP-AKP数字式检测中, 对SP-AKP的检测限可达29.9 amol/L, 同时有效提升了检测时间的可操作性与数字式信号读取的准确性. 新型水溶性香豆素荧光底物有望替代4-MUP应用于以基于液滴数字式超敏生物检测为代表, 在液滴分区实现酶促反应进行超灵敏检测的众多检测领域中.



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Scheme 1 Schematic of droplet based digital detection
正文中引用本图/表的段落
如图1(A)所示, 经过在线ACD/I-Lab模拟计算(https://ilab.acdlabs.com/iLab2/index.php)发现, 在pH=9的环境中, C-2和4-MU的辛醇-水分配系数lgD分别为0.35和0.78, 表明C-2具有更好的水溶性.
为避免改性对染料荧光性质的影响, 首先对C-2的荧光光谱、 荧光强度与浓度的标准曲线进行了检测和对比. 由图1(A)可见, 修饰后的C-2与4-MU相比, 最佳激发峰和发射峰均略有右移, 但与文 献[7]报道的4-MU的λex=372 nm和λem=445 nm相近. 从2种荧光物质的荧光标准曲线图[图1(B)]也可看出, 在相同条件下, 修饰后的C-2荧光性能略优于4-MU. 以上结果表明, 在香豆素4位上修饰的乙酸甲酯基团并未对香豆素荧光性能产生显著影响.
由图1(C)可见, 修饰后的C-4底物和4-MUP底物的米氏常数分别为8.88和11.33 μmol/L, 最大反应速率分别为1.94和1.17nmol/(L·s), 由式(2)计算得到C-4底物和4-MUP底物酶催化反应常数分别为936 和1552 s-1. 结果表明, 与未修饰的4-MUP底物相比, 修饰后的C-4仍具有较高的酶催化活性, 具备应用于ddELISA检测的潜力. 此外, 两底物的催化速率与文献[7,18]报道的数据略有差异, 可能是由于使用的酶不同导致的.
本文采用前文[11]方法制备SP-AKP, 经过BCA法测得球刷偶联酶的浓度为608.7 μg APK/mg球刷, 每个SP-AKP纳米颗粒含有大于1×10-4个AKP分子. 图1(D)结果显示, SP-AKP固定酶的催化活性是自由酶AKP的0.26倍, 即相当于每个SP-AKP含有2600个AKP, 具有较强的催化性能. 上述结果均与文献[11,19]结果吻合.
本文的其它图/表