【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及荧光阵列传感器及用途，特别涉及基于氨基酸碳量子点与抗菌肽形成的静电复合物的荧光阵列传感器元件库及其构建和应用。
技术介绍
1、近年来，细菌感染已经成为导致死亡的重要原因之一，严重威胁了人类健康。目前，广谱类抗菌药仍是治疗细菌感染的主要方式。耐药菌的出现加剧了这种情况并增加了死亡率。及时有效地在细菌感染早期鉴别病原菌有助于指导抗生素在临床中的使用，显著提高患者的存活率。
2、到目前为止，广泛采用的细菌鉴定方法包括平板培养，形态结构观察、基因和免疫学特征分析。平板培养是传统病原菌鉴别的金标准，然而需要耗费3-5天的时间。其他技术，例如聚合酶链反应(pcr)、酶联免疫吸附试验(elisa)、表面增强拉曼散射(sers)和质谱往往于依赖于昂贵的专业仪器和专业的操作流程。重要的是，上述的这些方法都不可以同时实现多种细菌的检测。因此，开发一种快速、准确、及时的病原菌检测技术对减少抗生素的滥用和降低致死率有重要的意义。
3、荧光传感器由于其高灵敏度，强鉴别能力和实时检测引起了广泛关注。传统的荧光传感器多采用“锁-钥”学说结合模式，可以实现对特定分析物的高选择性识别，不能实现对一类分析物的识别。因此，具有交叉响应性的荧光阵列传感器对相似化合物及复杂样本的鉴别有独特的优势。基于阵列的传感系统模拟哺乳动物的嗅觉和味觉系统，它为细菌物种的高通量检测和鉴定提供了另一种方法。基于传感器阵列中传感元件与细菌之间的差异相互作用，可以通过线性判别分析(lda)获得用于多种细菌识别的独特响应模式。一般来说，区分模式是通过分析
4、然而，已有文献报道的荧光阵列传感器大多是基于传感元件与细菌之间的非特异性相互作用的设计，限制了鉴别能力和灵敏度，且抗干扰能力差，需要复杂的合成步骤。因此，本领域仍然需要开发一种操作简单灵敏度高，检测范围广的荧光阵列传感器用于细菌的检测。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种静电复合荧光阵列传感器元件库，即利用氨基酸功能化的碳量子点与抗菌肽的静电复合体系，实现对细菌的区分和检测，进一步的实现临床细菌感染疾病的早期诊断；本专利技术的另一目的是提供一种静电复合荧光阵列传感器的构建方法；本专利技术的另一种目的是提供一种静电复合荧光阵列传感器在细菌检测或细菌感染疾病检测中的应用。
2、技术方案：本专利技术提供一种静电复合物荧光阵列传感器元件库，所述元件库包括若干个成分不同的传感元件，各传感元件由一种经氨基酸功能化的负电荷碳量子点与一种带正电荷的抗菌肽通过静电相互作用复合而成；该种经氨基酸功能化的负电荷碳量子点选自包含n种经氨基酸功能化的负电荷碳量子点的第一组份集；该种带正电荷的抗菌肽选自包含m种带正电荷的抗菌肽的第二组份集。
3、其中，根据待鉴定细菌，在元件库中筛选较优的传感元件用于待鉴定细菌的鉴别分类。上述筛选方法为：选取待鉴别的细菌集，根据细菌集中待鉴别的细菌种类数量，构建相应数量的元件库；将待鉴别的细菌加入对应元件库中的各传感元件内，然后分别测定各传感元件对细菌的荧光响应；
4、根据荧光响应值，筛选对所有待鉴别的细菌集的荧光响应值占前10～50％的若干传感元件作为初筛传感元件；再根据因子贡献度，筛选贡献度排名占前10～50％的传感单元，最终获得的传感元件即为较优的传感元件。
5、上述方案中，传感元件由具有不同氨基酸功能化的碳量子点与抗菌肽相互作用复合而成。通过基于氨基酸碳量子点-抗菌肽复合体系与细菌的差异相互作用实现荧光的差异输出，进而实现致病菌的鉴别。
6、进一步地，第一组份集中，经氨基酸功能化的负电荷碳量子点中功能化所使用的氨基酸选自以下氨基酸中的两种或两种以上：丙氨酸(ala)，苯丙氨酸(phe)，谷氨酸(glu)，二氨基丙酸(dap)，色氨酸(trp)，酪氨酸(tyr)，丝氨酸(ser)，组氨酸(his)，天冬氨酸(asp)，缬氨酸(val)，赖氨酸(lys)，亮氨酸(leu)，精氨酸(arg)，异亮氨酸(ile)，蛋氨酸(met)，脯氨酸(pro)，半胱氨酸(cys)，苏氨酸(thr)，天冬酰胺(asn)，谷氨酰胺(gln)。
7、进一步地，第一组份集中，经氨基酸功能化的负电荷碳量子点中的碳源选自以下碳源中的一种或多种：柠檬酸氢二铵，柠檬酸，尿素，鱼鳞粉，乙二胺四乙酸，糖类，叶酸，乙二胺，苯二胺，丝绸，牛奶，羊毛，蚕。
8、进一步地，第二组份集中，抗菌肽选自以下序列中的两种或两种以上：
9、
10、
11、进一步地，第二组份集中，抗菌肽的序列n端和c端其中之一或同时被荧光团修饰，上述荧光团独立选自：fam，fitc，cy3，tritc，texas red，cy5，alexa fluor 405，bodipy，cy7，rodamine b，amc。
12、另一方面，本专利技术提供一种静电复合物荧光阵列传感器的构建方法，所述构建方法包括以下步骤：
13、(1)构建包括n*m个传感元件的元件库：选取n种氨基酸功能化的负电荷碳量子点构成第一组份集，选取m种抗菌肽构成第二组份集；第一组份集中的n种组份与第二组份集中的m种组份相互复合，得到n*m个成分不同的传感元件；
14、(2)筛选传感元件：选取待鉴别的细菌集，根据细菌集中待鉴别的细菌种类数量，构建相应数量的元件库；将待鉴别的细菌加入对应元件库中的各传感元件内，然后分别测定各传感元件对细菌的荧光响应；
15、根据荧光响应值，筛选对所有待鉴别的细菌集的荧光响应值占前10～50％的若干传感元件作为初筛传感元件；
16、(3)再根据机器学习算法，在上述初筛传感元件中筛选出因子贡献度大的传感元件，最终获得的传感元件即构成静电复合物荧光阵列传感器。
17、其中，因子贡献度大的判断标准是：根据因子贡献度，排名占前10～50的传感单元，即判定为因子贡献度大的传感元件。
18、进一步地，步骤(1)中，氨基酸功能化的负电荷碳量子点的制备方法为：将碳源与氨基酸通过自下而上的方法合成碳量子点，所用溶剂包括但不限于：水，n,n-二甲基甲酰胺，乙醇，甘油等，随后进行纯化，干燥得目标产物。
19、进一步地，步骤(1)中，传感元件的制备方法为：用ph＝6-8的na2hpo4-nah2po4(20mm)缓冲溶液将碳量子点配制成0.1μg-100μg/ml的溶液，随后加入0.001μg-1000μg/ml的抗菌肽水溶液，混合均匀，得到传感单元，将不同氨基酸功能化的碳量子点与不同抗菌肽复合可得到荧光阵列传感器。
20、进一步地，步骤(3)中，机器学习算法为神经网络，支持向量机，决策树，k-近邻算法，随机森林，高斯过程，分支限界，逻辑回归，主成分分子或线性判别分析。
21、另一方面，本专利技术提供一种上述方法构建的荧光阵列传感器在细菌检本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种静电复合物荧光阵列传感器元件库，其特征在于，所述元件库包括若干个成分不同的传感元件，各传感元件由一种经氨基酸功能化的负电荷碳量子点与一种带正电荷的抗菌肽通过静电相互作用复合而成；该种经氨基酸功能化的负电荷碳量子点选自包含N种经氨基酸功能化的负电荷碳量子点的第一组份集；该种带正电荷的抗菌肽选自包含M种带正电荷的抗菌肽的第二组份集。
2.根据权利要求1所述的静电复合物荧光阵列传感器元件库，其特征在于，第一组份集中，经氨基酸功能化的负电荷碳量子点中功能化所使用的氨基酸选自以下氨基酸中的两种或两种以上：丙氨酸，苯丙氨酸，谷氨酸，二氨基丙酸，色氨酸，酪氨酸，丝氨酸，组氨酸，天冬氨酸，缬氨酸，赖氨酸，亮氨酸，精氨酸，异亮氨酸，蛋氨酸，脯氨酸，半胱氨酸，苏氨酸，天冬酰胺，谷氨酰胺。
3.根据权利要求1所述的静电复合物荧光阵列传感器元件库，其特征在于，第一组份集中，经氨基酸功能化的负电荷碳量子点中的碳源选自以下碳源中的一种或多种：柠檬酸氢二铵，柠檬酸，尿素，鱼鳞粉，乙二胺四乙酸，糖类，叶酸，乙二胺，苯二胺，丝绸，牛奶，羊毛，蚕。
4.根据权利要求1所述
5.根据权利要求4所述的静电复合物荧光阵列传感器元件库，其特征在于，第二组份集中，抗菌肽的序列N端和C端其中之一或同时被荧光团修饰，上述荧光团独立选自：FAM，FITC，Cy3，TRITC，Texas Red，Cy5，Alexa Fluor 405，Bodipy，Cy7，Rodamine B，AMC。
6.一种静电复合物荧光阵列传感器的构建方法，其特征在于，所述构建方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的静电复合物荧光阵列传感器的构建方法，其特征在于，步骤(1)中，氨基酸功能化的负电荷碳量子点的制备方法为：将碳源与氨基酸通过自下而上的方法合成碳量子点，随后经透析、冷冻和干燥得到氨基酸功能化的负电荷碳量子点；
8.一种由根据权利要求6-7任一所述的静电复合物荧光阵列传感器的构建方法构建的荧光阵列传感器在细菌检测或细菌感染疾病检测中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，应用方法为：将荧光阵列传感器的不同传感单元分别与待检测细菌混合孵育，测试0h-24h每个传感单元的荧光强度，对荧光数据进行处理，根据数据矩阵进行分类，实现对致病菌的鉴别和区分。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，若待检测细菌为水体系细菌，则静电复合物荧光阵列传感器包含的传感单元分别为：Tyr-CDots-AMP3、His-CDots-AMP2、His-CDots-AMP4、Val-CDots-AMP60、Dap-CDots-AMP60；
...【技术特征摘要】
1.一种静电复合物荧光阵列传感器元件库，其特征在于，所述元件库包括若干个成分不同的传感元件，各传感元件由一种经氨基酸功能化的负电荷碳量子点与一种带正电荷的抗菌肽通过静电相互作用复合而成；该种经氨基酸功能化的负电荷碳量子点选自包含n种经氨基酸功能化的负电荷碳量子点的第一组份集；该种带正电荷的抗菌肽选自包含m种带正电荷的抗菌肽的第二组份集。
2.根据权利要求1所述的静电复合物荧光阵列传感器元件库，其特征在于，第一组份集中，经氨基酸功能化的负电荷碳量子点中功能化所使用的氨基酸选自以下氨基酸中的两种或两种以上：丙氨酸，苯丙氨酸，谷氨酸，二氨基丙酸，色氨酸，酪氨酸，丝氨酸，组氨酸，天冬氨酸，缬氨酸，赖氨酸，亮氨酸，精氨酸，异亮氨酸，蛋氨酸，脯氨酸，半胱氨酸，苏氨酸，天冬酰胺，谷氨酰胺。
3.根据权利要求1所述的静电复合物荧光阵列传感器元件库，其特征在于，第一组份集中，经氨基酸功能化的负电荷碳量子点中的碳源选自以下碳源中的一种或多种：柠檬酸氢二铵，柠檬酸，尿素，鱼鳞粉，乙二胺四乙酸，糖类，叶酸，乙二胺，苯二胺，丝绸，牛奶，羊毛，蚕。
4.根据权利要求1所述的静电复合物荧光阵列传感器元件库，其特征在于，第二组份集中，抗菌肽选自以下序列中的两种或两种以上：
5.根据权利要求4所述的静电复合物荧光阵列传感器元件库，其特征在于，第二组份集中，抗菌肽的序列n端和...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩进松，李飞，张书铭，胡锋清，倪伟伟，高旭，
申请(专利权)人：中国药科大学，
类型：发明
国别省市：
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