一种用于食源性致病菌检测的双信号生物传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于食源性致病菌检测的双信号生物传感器及其制备方法和应用，制备方法包括：在柔性衬底上引入食源性治病菌识别分子作为传感器的捕捉元件，在纳米粒子中嵌入4

【技术实现步骤摘要】
一种用于食源性致病菌检测的双信号生物传感器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于食品安全检测领域，尤其是公开了一种用于食源性致病菌检测的广谱特异性SERS生物传感器及其制备和应用。

技术介绍

[0002]食源性微生物是影响食品安全的主要病原体，可以通过污染食物引起人类疾病甚至死亡，这不仅是对公众健康的持续威胁，也是全世界社会经济发展的重大障碍。食源性致病菌是全世界三分之二的人类食源性疾病的病原体，近年来，食源性致病菌导致的食品安全事件频发，由此带来的食品安全问题越来越成为国内外关注的重点。然而，食品的微生物安全是一个动态情况，受到从农场到餐桌的整个食物链的多重因素的影响，因此必须建立健全科学、准确、快速的食源性致病菌检测技术，以保障食品安全，预防和控制食源性致病菌中毒事件发生。
[0003]随着纳米技术的迅速发展，几种光学检测技术为食源性病原体的检测开辟了新的途径。拉曼光谱是一种空间分辨率高、极水振动干扰小的散射光谱技术，在生物传感和生物成像领域具有广阔的应用前景。由于许多样品本身的致病菌信号强度较低，且荧光背景明显，使得对分析物的拉曼信号监测异常困难。表面增强拉曼光谱(SERS)是将拉曼光谱与基于金属纳米材料的纳米技术相结合的一种光谱技术，可以极大地克服低信号和荧光干扰的局限性，已经被广泛用于食源性致病菌的检测研究。但是，目前绝大多数病原菌的SERS传感器制备过程复杂，成本较高，难以用于大规模推广应用。而且，现有的食源性致病菌SERS 生物传感器大都针对单一的食源性致病菌，不具有检测广谱性，且传感器仅能基于光谱仪进行数据采集。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种用于食源性致病菌检测的双信号生物传感器及其制备和应用，本专利技术将固相柔性衬底与表面增强纳米材料相结合得到双信号生物传感器，该传感器尺寸可控，厚度均匀，柔性，基于拉曼信号可以实现高灵敏度的检测，在检测精度需求较小的场合中可直接通过肉眼判别菌浓度。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0006]一种用于食源性致病菌检测的双信号生物传感器制备方法，包括：
[0007]S1，制备固相柔性SERS基底，将可广谱性识别食源性致病菌的识别分子修饰在固相柔性SERS基底表面，得到SERS生物传感器的捕捉元件；所述食源性致病菌的识别分子选用万古霉素；
[0008]S2，首先在金属纳米材料上修饰4
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巯基苯甲酸，基于硅酸钠水解在金属纳米材料表面包覆一层硅壳；然后加入3
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氨基丙基三乙氧基硅烷溶液(APTES)中，得到氨基改性的金属纳米材料，然后将氨基改性的金属纳米材料放入氰脲酰氯溶液中搅拌，再将适配体溶液
加入，搅拌后，离心，得到SERS生物传感器的信号元件。
[0009]进一步，所述固相柔性衬底包括但不限于聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)或透明胶带；用柔性衬底作为拉曼基底，使得SERS生物传感器可以随意弯曲而不易断裂，柔性衬底的前后两侧皆可修饰拉曼信号，适用于各种检测平面。
[0010]进一步，根据识别分子的类型，采用相应的化学修饰方法将识别分子修饰在固相柔性 SERS基底表面。
[0011]进一步，所使用的食源性致病菌识别分子包括但不限于抗生素，广谱性适配体以及硼酸类化合物；所述识别分子对食源性致病菌具有广谱性识别作用，具有良好的富集作用。
[0012]进一步，所述S2金属纳米粒子选用单金属结构，或多金属杂化结构，所述金属纳米材料的金属元素包含但不限于金、银或铜。
[0013]进一步，多金属杂化结构包括但不限于异质结构、核壳结构、合金结构和空心结构；
[0014]进一步，金属纳米粒子选用金银硅核壳壳结构，所述4
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巯基苯甲酸作为信号探针嵌入银壳与硅壳之间。
[0015]进一步，基于柠檬酸钠还原法合成金银核壳纳米粒子，将金银核壳纳米粒子溶液与4
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巯基苯甲酸溶液在常温下混合20～45min，然后将金银核壳纳米粒子离心并与1～2mM的 APTES混合20～45min，再次洗出加入0.4～0.6％硅酸钠溶液中，在80～100℃下反应4～ 6h，最终形成嵌有4
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巯基苯甲酸的金银硅核壳壳纳米材料。
[0016]进一步，在连接有信号分子的金属纳米粒子上交联适配体，首先基于3
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氨基丙基三乙氧基硅烷对金属纳米粒子表面进行改性，在金属纳米粒子表面接枝氨基基团，其次基于氨基与酰氯基团的交联在外部接枝氰脲酰氯，氰脲酰氯基于相同的基团反应将氨基修饰的适配体连接在纳米粒子表面，从而增加适配体交联在纳米粒子表面数量，增强纳米粒子对食源性致病菌特异性识别的能力。
[0017]一种用于食源性致病菌检测的双信号生物传感器，采用上述方法制备。
[0018]一种食源性致病菌检测方法，采用上述双信号生物传感器进行检测，其包含以下步骤：
[0019]S1，制备食源性致病菌标准液，采用双信号生物传感器检测食源性致病菌标准液并建立颜色与拉曼信号特征值的标准曲线；
[0020]S2，对待测物进行预处理获得待测菌液，将待测菌液与本专利技术构建的捕捉元件和信号元件1：1共同混合，取出后记录固相柔性SERS基底的颜色特性以及拉曼特征信号值，与建立的标准曲线对照，获得待测菌液浓度；
[0021]进一步，食源性致病菌标准液的制备过程为：将菌粉溶于菌落液体培养基中活化至少两次，离心后将沉淀溶于生理盐水中，稀释后平板计数取得原始菌液浓度，梯度稀释后用于测量。将梯度稀释的菌液与捕捉元件孵育0.5～1h后，再与信号原件孵育0.5～1h，在目标菌存在的情况下，捕捉元件与信号元件皆与目标菌结合，即可在捕捉元件(即柔性衬底) 上检测到信号分子的拉曼特征信号峰以及颜色变化。以菌液浓度的对数值作为横坐标，信号分子拉曼特征信号峰强度或颜色变化为纵坐标，建立标准曲线。
[0022]有益效果：
[0023]1、本专利技术基于柔性衬底为SERS基底，使得该传感器尺寸可控，厚度均匀，可大规模生产。此外，透明衬底的使用使得反应后颜色变化更为明显，为菌落浓度可视化创造了先决条件。本专利技术省去了传统的SERS基底在柔性基底上沉积金属纳米粒子的制作条件，直接修饰食源性致病菌捕捉分子。捕捉元件与信号元件可特异性识别待测菌从而形成三明治夹心结构，金属纳米具有色彩的且包含拉曼信号分子的纳米粒子将层积在柔性基底上，不仅产生颜色变化，也可产生拉曼信号。实现双信号检测的目的。该柔性传感器具有良好的透明性、耐热性和便携性，且价格低廉，尺寸可控，厚度均匀，负载其表面的广谱性识别分子均匀稳定，可用于长期保存和实现原位检测。
[0024]2、本专利技术将光谱性食源性致病菌识别分子与适配体相结合，考虑到适配体的不稳定性 (尤其是暴露在空气中)，可以有效延长固相捕捉基底的储藏期。此外，将适配体与液态纳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于食源性致病菌检测的双信号生物传感器制备方法，其特征在于，包括：S1，制备固相柔性SERS基底，将可广谱性识别食源性致病菌的识别分子修饰在固相柔性SERS基底表面，得到SERS生物传感器的捕捉元件；所述食源性致病菌的识别分子选用万古霉素；S2，首先在金属纳米材料上修饰4
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巯基苯甲酸，基于硅酸钠水解在金属纳米材料表面包覆一层硅壳；然后加入3
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氨基丙基三乙氧基硅烷溶液中，得到氨基改性的金属纳米材料，然后将氨基改性的金属纳米材料放入氰脲酰氯溶液中搅拌，再将适配体溶液加入，搅拌后，离心，得到SERS生物传感器的信号元件。2.根据权利要求1所述的一种用于食源性致病菌检测的双信号生物传感器制备方法，其特征在于，所述固相柔性衬底包括但不限于聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯或透明胶带；用柔性衬底作为拉曼基底，使得SERS生物传感器可以随意弯曲而不易断裂，柔性衬底的前后两侧皆可修饰拉曼信号，适用于各种检测平面。3.根据权利要求2所述的一种用于食源性致病菌检测的双信号生物传感器制备方法，其特征在于，根据识别分子的类型，采用相应的化学修饰方法将识别分子修饰在固相柔性SERS基底表面。4.根据权利要求1所述的一种用于食源性致病菌检测的双信号生物传感器制备方法，其特征在于，所使用的食源性致病菌识别分子包括但不限于抗生素，广谱性适配体以及硼酸类化合物；所述识别分子对食源性致病菌具有广谱性识别作用，具有良好的富集作用。5.根据权利要求1所述的一种用于食源性致病菌检测的双信号生物传感器制备方法，其特征在于，所述S2金属纳米粒子选用单金属结构，或多金属杂化结构，所述金属纳米材料的金属元素包含但不限于金、银或铜。6.根据权利要求5所述的一种用于食源性致病菌检测的双信号生物传感器制备方法，其特征在于，多金属杂化结构包括但不限于异质结构、核壳结构、合金结构和空心结构。7.根据权利要求5所述的一种用于食源性致病菌检测的双信号生物传感器制备方法，其特征在于，金属纳米粒子选用金银硅核壳壳结构，所述4
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巯基苯甲酸作为信号探针嵌入银壳与硅壳之间。8.根据权利要求7所述的一种用于食源性致病菌检测的双信号生物传感器制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈全胜，魏文雅，李欢欢，吴继忠，朱阿芳，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：