基于多肽识别的全固态电位传感器在细菌检测中的应用研究

摘要

细菌感染已引起关于人类生活的许多问题,如食品安全、水污染等。快速、灵敏、准确的细菌鉴定,特别是在多种细菌混合样本中区分不同的细菌种类,对于指导细菌感染的治疗至关重要。目前,基于细菌表面结构不同所引起物理化学性质的差异和可用于靶向的代谢产物的不同,基于不同识别机制的传感器得以开发,用于细菌识别。核磁共振(NMR)技术和色谱分离技术结合质谱(MS)的方法已用于细菌的鉴定,但它们需要昂贵的设备和专业的操作。针对致病菌的光学诊断平台不断涌现,为临床或即时诊断提供了高度灵敏的检测工具。由于大多数光学传感器容易受到检测环境的干扰,从而降低了检测能力。全固态电位传感技术因具有低能耗、低成本、易于阵列化等特点,近年来得到了快速发展。多肽运用于目标物识别时具有在恶劣环境中更稳定以及适合大规模生产的优势,已广泛用在各种目标物,如离子、分子、蛋白质、细菌、细胞的识别与检测中。多肽可以通过静电作用和疏水作用附着在细菌上。基于这一原理,用于细菌测定的生物传感器得以不断开发。本论文发展了基于多肽识别的全固态电位传感器实现金黄色葡萄球菌定量检测。同时,通过内部校准系统的引入,开发了自校准型电位传感器阵列实现了细菌的同时检测。具体内容如下:第一章绪论本章首先介绍了细菌的检测意义和识别策略;接着介绍了不同新型识别分子,特别是多肽在细菌检测中的应用;然后介绍了荧光法、表面增强拉曼光谱法和表面等离子共振技术在细菌检测中的研究进展,并对全固态电位传感技术的原理和应用进行了重点阐述。第二章基于多肽识别的全固态电位传感器用于金黄色葡萄球菌的检测本章开发了一种新型的基于多肽识别的全固态电位传感器,用于金黄色葡萄球菌的检测。首先,在电极表面修饰了树枝状纳米金结构的材料(DenAu),以增加电极的有效面积和响应稳定性。然后,带正电荷的多肽与阴离子导电聚合物聚3-乙酸噻吩(PTAA)中带负电的羧基相互作用后自组装修饰在电极上,以此制备了全固态电位传感器。由于多肽能特异性识别金黄色葡萄球菌并引起构象变化,使电极表面的有效电荷数发生变化从而产生相应电位响应。在最佳条件下,该传感器在1.0×102-1.0×106CFU/mL浓度范围内呈现对金黄色葡萄球菌的线性响应,且检测限为20 CFU/mL。本研究中开发的传感器显示的优异的可靠性和重现性,为细菌的监测创造了一个有效的途径。第三章自校准型电位传感器阵列用于金黄色葡萄球菌和大肠杆菌O157:H7的同时检测本章基于4通道丝网印刷碳电极发展了一种新型的自校准型电位传感器阵列,其中包含了两个分别修饰有特异性识别多肽的传感通道,用于同时检测金黄色葡萄球菌和大肠杆菌O157:H7,同时还包含了两个修饰了置乱多肽的校准通道以消除了背景基质对检测的影响,提高了检测的准确度。结果表明,在最佳条件下,该传感器阵列对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌O157:H7具有较高的灵敏度,检出限为分别为38 CFU/mL和241 CFU/mL,线性响应范围为1.0×102-1.0×106CFU/mL和1.0×103-1.0×105CFU/mL,且具有较高的特异性。进一步利用该传感器阵列对加标牛奶中的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌O157:H7进行了检测,为实际样品中多目标物的同时检测提供了一种有效途径。

目录

摘要

abstract

第一章 绪论

1 细菌概述

1.1 细菌检测的意义

1.2 细菌的识别

2 新型识别分子在细菌检测中的应用

2.1 分子印迹聚合物

2.2 核酸适配体

2.3 多肽

3 细菌检测技术的研究进展

3.1 荧光检测技术

3.2 表面增强拉曼光谱(SERS)

3.3 表面等离子共振技术(SPR)

3.4 全固态电位传感技术

4 本文的研究思路与研究内容

4.1 论文的研究思路

4.2 论文的研究内容

参考文献

第二章 基于多肽识别的全固态电位传感器用于金黄色葡萄球菌的检测

1 引言

2 实验部分

2.1 实验材料和试剂

2.2 实验仪器

2.3 细菌培养基的配制

2.4 金黄色葡萄球菌的培养和定量

2.5 基于多肽识别的全固态电位传感器的制备

2.6 金黄色葡萄球菌的定量检测

2.7 实际牛奶样品的检测

3 结果与讨论

3.1 电位传感原理

3.2 全固态电位传感电极的表征

3.3 实验条件的优化

3.4 全固态电位传感电极的重现性和稳定性

3.5 全固态电位传感电极的选择性

3.6 金黄色葡萄球菌的定量检测

3.7 实际牛奶样品的检测

4 结论

参考文献

第三章 自校准型电位传感器阵列用于金黄色葡萄球菌和大肠杆菌O157:H7的同时检测

1 引言

2 实验部分

2.1 实验材料和试剂

2.2 实验仪器

2.3 丝网印刷电极的制备

2.4 全固态电位传感阵列的制备

2.5 细菌的培养和定量

2.6 金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的同时检测

2.7 牛奶样品中大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的测定

3 结果与讨论

3.1 自校准体系

3.2 传感通道间串扰行为的评估

3.3 检测条件的优化

3.4 同时检测金黄色葡萄球菌和大肠杆菌

3.5 传感器阵列的重现性

3.6 全固态电位传感器阵列的选择性

3.7 牛奶样品中金黄色葡萄球菌和大肠杆菌 O157:H7 的分析

4 结论

参考文献