Engineering Molecular Recognition with Bio-mimetic Polymers on Single Walled Carbon Nanotubes

该程序的总体目标是制备用于分子传感的近红外荧光单壁碳纳米管，这些纳米管已使用仿生聚合物进行功能化。这些纳米传感器可以在活组织中实现时间分辨成像。例如，它们可用于检测大脑中的多巴胺。

这些传感器的主要优点是其固有的近红外荧光，这使得成像能够更深入地进入组织。合成传感器能够在没有天然分子识别元件的情况下检测分子，这使得这种传感器开发通用方法特别适用于小分子检测。要制备 SWNT 的核酸悬浮液，首先将核酸溶解在 0.1 摩尔氯化钠中，浓度为 100 毫克/毫升。

在通风橱中，使用防静电枪去除一次性刮刀、微量离心管和 SWMT 原液中的静电。接下来，将 20 微升核酸溶液加入 980 微升 0.1 摩尔氯化钠中。然后在对混合物进行超声处理之前，将 1 mg 洗涤的 SWNT 添加到所得核酸溶液中。

超声处理过程中探针尖端的定位至关重要。如果发生起泡，请重新定位探头尖端，并尝试降低振幅。或者，如果悬浮液仍然很差，您可以尝试超声处理脉冲或浴超声处理。

使用直径为 3 毫米的尖端的超声仪，在冰浴中以 40% 的振幅对溶液进行超声处理 10 分钟。将 DNA SWNT 溶液以 16， 100 xg 的浓度离心 2 次，每次 90 分钟。收集并保留上清液，注意不要干扰含有碳纳米管束和聚集体的颗粒。

根据适用于纳米材料的机构危险废物程序丢弃沉淀。根据朗伯-比尔定律，使用紫外-可见分光光度计测量 632 纳米处的溶液吸光度，以确定悬浮 SWNT 的近似浓度和适当的稀释因子。对于两亲性聚合物悬浮液，首先去除一次性刮刀、微量离心管和 SWNT 原液中的静电。

在通风橱中，将 5 毫克 SWNT 添加到 5 毫升 2% 胆酸钠溶液中。使用直径为 6 毫米的尖端的超声仪，在冰浴中以 40% 的振幅对溶液进行超声处理 1 小时。使用超速离心机将样品以 150， 000 xg 离心 4 小时，然后小心收集上清液。

接下来，将 1% 重量的两亲性聚合物溶解在 scSWNT 溶液中。然后，使用 3.5 道尔顿透析膜对聚合物 scSWNT 溶液与 1 升去离子水或缓冲液透析 5 天。在第 2 小时和第 4 小时更换水或缓冲液。

使用 UV-Vis 分光光度计测量 632 纳米处的溶液吸光度，以确定悬浮 SWNT 的大致浓度。为了制备 BSA-生物素包被的载玻片，请用去离子水清洁显微镜载玻片和 0.17 毫米盖玻片，然后用甲醇、丙酮和去离子水进行最后冲洗。通过在干净的显微镜载玻片上放置几片相距约 5 毫米的双面胶带来创建通道。

取一个长玻璃盖玻片并将其压在双面胶带的顶部，以密封通道。确保将其置于显微镜载玻片的中心，以免盖玻片和载玻片的边缘齐平。接下来，将 100 微升 BSA-生物素储备液添加到 900 微升 1x Tris 缓冲液中，至终浓度为 1 毫克/毫升。

将 50 μL BSA-生物素溶液移液到一端，然后用纸巾吸走另一端的溶液，将 50 μL BSA-生物素溶液流入通道。将溶液孵育 5 分钟后，用 50 μL 0.1 mol 氯化钠冲洗 3 至 5 次。接下来，将 40 微升每毫升 5 毫克的 NAV 储备溶液稀释到 960 微升 1x Tris 缓冲液中，最终浓度为 0.2 毫克/毫升。

将 50 μL NAV 溶液移液到一端，然后用纸巾吸走另一端的溶液，将 50 μL NAV 溶液流入通道。孵育玻片 2 到 5 分钟后，用 50 μL 0.1 摩尔氯化钠冲洗 3 到 5 次。然后，将悬浮 SWNT 和成像缓冲液的储备液稀释至每升 1 至 10 毫克的浓度。

将 50 μL 此溶液流入通道中，孵育 5 分钟。使用 50 微升成像缓冲液轻轻冲洗掉多余的 SWNT。为了测量 GT15 DNA-SWNT 对多巴胺的可逆反应，首先将传感器包被的通道安装到荧光显微镜载物台上。

使用 100 倍油物镜和砷化铟镓相机聚焦通道。然后，向流道中加入 50 微升磷酸盐缓冲盐水中的 100 微升多巴胺溶液，并记录荧光强度的变化。使用磷酸盐缓冲盐水洗去多巴胺溶液，并观察各个 SWNT 传感器的荧光变化。

为了对仿生聚合物 SWNT 的分析物反应进行孔板筛选，将等体积的悬浮 SWNT 传感器移液到每个孔中。使用足够的体积均匀覆盖孔底部。然后，将分析物从筛选库中移液到孔板中。

一式三份制备每种分析物，以说明潜在的阱间变化和激发强度或温度的波动。使用光谱仪和砷化铟镓阵列监测发射光谱的同时提高物镜。物镜的最佳位置将使焦平面大约位于孔中样品体积的中间，这应该对应于测量强度的最大值。

对于每个样品孔，记录 1 到 10 秒的曝光以收集光谱。将每个孔的发射光谱与仅包含 SWNT 且不含额外分析物的对照进行比较，以量化荧光响应。GT15 DNA 纳米管传感器的吸光度光谱显示多个峰，对应于不同手性的分散良好的碳纳米管。

显示了 GT15 DNA 纳米管传感器的近红外荧光。有趣的是，荧光强度在多巴胺的响应下大约翻了一番。在该图中，近红外荧光显微镜显示单个 GT15 DNA 纳米管传感器固定在玻璃盖玻片表面。

展望未来，测试传感器的体内使用非常重要，例如扩展分析物库以包括分子竞争者，测试生物相关浓度范围内的响应线性，以及测试可逆性。一旦掌握，这种方法就可以用来从没有已知分子识别元素的分子中制作不同的合成传感器库。