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《中国农业大学》 2018年
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基于磁流动分离和量子点标记的荧光生物传感器研究

薛丽  
【摘要】:近年来食品安全事件时有发生,不仅造成了巨大的经济损失,而且严重威胁了公共卫生安全。食源性致病菌是引起食物中毒的主要风险因子,致病菌筛查是有效预防和控制食源性疾病爆发的一个关键途径。由于食品样本复杂的背景易造成严重干扰,导致检测结果出现假阳性,而且致病菌浓度通常很低,导致现有方法很难直接检测,因此开展食源性致病菌的高效分离和灵敏检测技术研究具有重要意义。本文旨在研究开发一种用于食源性致病菌快速灵敏检测的荧光生物传感器,为保障食品安全提供一种病原微生物检测技术与装备支持。本文研制的荧光生物传感器主要由用于细菌磁流动分离的免疫纳米磁珠、同轴毛细管和环形高梯度磁场,用于细菌检测的免疫量子点和光学检测平台以及用于流体控制的蠕动泵和控制器组成。先利用高梯度磁场将免疫纳米磁珠均匀固定在同轴毛细管的圆环通道内;再利用磁珠上的单克隆抗体将流过通道的目标细菌进行特异捕获,形成磁珠-细菌复合体(磁细菌);然后利用修饰了多克隆抗体的免疫量子点与磁细菌进行免疫反应,形成磁珠-细菌-量子点复合体(荧光细菌);最后利用光学检测平台测定荧光细菌上量子点的荧光强度,实现目标细菌的定量检测。为了验证本文提出的荧光生物传感器检测细菌的可行性,以大肠杆菌0157:H7为研究模型,开展了概念验证和性能评价。实验结果表明:(1)基于同轴毛细管和高梯度磁场的磁流动分离方法可对大体积(10 mL)样本细菌进行分离,分离效率可达86%;(2)在细菌浓度为101-105CFU/mL时,该荧光生物传感器在特征波长(615 nm)处的荧光强度(Ⅰ)与大肠杆菌0157:H7浓度(C)之间具有良好的线性关系,可表示为Ⅰ = 48.18×lg(C)+132.15(R2=0.98);(3)根据S/N=3的原则,该荧光生物传感器对大肠杆菌0157:H7的检测下限为14CFU/mL:(4)在检测人工添加目标细菌的牛奶样本时,该生物传感器的回收率为95.92%~108.15%,检测时间少于2h;(5)在检测不同体积(10 mL和1 mL)、相同数量(约104个)的细菌样品时,该生物传感器的检测结果基本一致,表明它可以实现大体积样品中目标细菌的特异分离与灵敏检测。本文提出的荧光生物传感器实现了大体积(10 mL)牛奶样品中大肠杆菌的快速灵敏检测,通过改变抗体或其它生物识别材料可拓展应用于其它致病菌或病原微生物的灵敏检测,还可利用不同波长的免疫量子点开展多种目标微生物的并行检测。
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