基于生物条形码和量子点技术建立布鲁氏菌16M的检测方法

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目的:布鲁氏菌属于一种兼性细胞内寄生细菌,可致使人和动物罹患布鲁氏菌病,一种全球性的亚急性或慢性人畜共患病。它的传播和流行会给社会经济和畜牧业造成巨大的损失,也会对人类的健康和公共卫生产生巨大的危害,加强食品及其制品中布鲁氏菌的快速检测,对布鲁氏菌病的监测和防治具有重要意义。传统的布鲁氏菌检测方法具有暴露风险大、执行程序复杂、操作周期长、灵敏性低以及特异性较差等缺陷,本研究拟克服这些缺点建立一种基于生物条形码和量子点的快速、灵敏、特异的检测布鲁氏菌方法。方法:本研究建立了一种基于肽介导磁分离技术、金纳米粒子介导的生物条形码技术和量子点技术,以实现富集纯化、信号放大转换和荧光定量检测布鲁氏菌16M的方法。通过链霉亲和素和生物素之间的交联作用制备磁性多肽的免疫磁纳米探针,采用透射电子显微镜对磁纳米粒子和免疫磁纳米探针进行表征;生物条形码探针是首先通过金纳米粒子与IgY之间的静电吸附和酰胺键的作用生成功能化的金纳米粒子-抗体生物复合物,然后生物复合物与寡核苷酸链之间在Au-S键的作用下形成抗体-金纳米粒子-寡核苷酸链生物复合物,采用透射电子显微镜和紫外扫描光谱对金纳米粒子和生物条形码进行表征;量子点探针是首先通过EDC/NHS之间的交联作用活化量子点表面的羧基,然后与5’末端修饰氨基基团的互补寡核苷酸链共价结合获得成,采用透射电子显微镜和傅里叶变换红外光谱对量子点和量子点探针进行表征。反应体系的具体原理是利用免疫磁纳米探针富集分离食品中的病原菌,然后采用生物条形码识别富集的病原菌,实现检测信号的转换和放大,最后运用荧光量子点探针结合生物条形码,实现信号的二次转换。结果:在纳米探针的表征中,磁纳米粒子和成功获得的多肽磁性免疫磁纳米探针的低分辨率透射电子显微镜形态均呈现类圆球形且分散性比较好,平均粒径分别为346.71±17.03 nm和347.25±11.44 nm,在高分辨率下,与磁纳米粒子相比,免疫磁纳米探针最外层表面多出一层较透明云翳状的薄膜层,3%脱脂奶粉为免疫磁纳米探针最佳封闭缓冲液;成功合成的金纳米粒子在透射电子显微镜下呈现单分散均匀的球形形态,平均粒径为17.36±1.95 nm,金纳米粒子的紫外扫描光谱的特征吸收峰为520 nm,被双标记成功的金纳米探针生物条形码特征吸收峰为526nm,发生了6 nm的红移,金纳米粒子溶液的最佳PH值为8.0,IgY的最佳用量为50μg,DNA/AuNP最佳摩尔比为200:3;量子点的透射电子显微镜呈现一种类圆形的结构,其分散性较好,平均粒径为7.23±1.30 nm,量子点的傅里叶变换红外光谱在1575.84 cm-1处出现了C=O的伸缩振动吸收峰,量子点探针的红外光谱分别在1618.28 cm-1和813.96 cm-1处出现了一个变异的特征性和一个轻微的伸缩振动吸收峰。利用所制备的三种探针,建立的检测布鲁氏菌16M方法体系的最佳反应条件为:最优的免疫磁纳米探针浓度为0.2 mg/mL,免疫磁珠-布鲁氏菌16M生物结合物形成的最佳孵育时间为60 min,最优的生物条形码探针的终浓度和孵育时间分别为1.50 nM和45 min,最优的量子点探针的终浓度和孵育时间分别为2.0μg/mL和45 min;该检测方法无需前期增菌和富集即可检测出布鲁氏菌16M,在布鲁氏菌16M标准样品浓度梯度为10106 cfu/mL时,呈现良好的线性关系,其线性方程式为I620nm=0.7081 Log C+0.6513(R2=0.9941),检测限为5.13cfu/mL;在布鲁氏菌16M牛奶模拟样品浓度范围为102107 cfu/mL时,呈现良好的线性关系,其线性方程式为I620nm=0.4886Log C+0.1619(R2=0.9851),检测限为1.07×102 cfu/mL;在布鲁氏菌16M羊肉浸出液模拟样品浓度梯度为102106 cfu/mL时,呈现良好的线性关系,其线性方程式为I620nm=0.7782LogC-0.2004(R2=0.9669),检测限为1.72×102 cfu/mL;特异性实验结果表明,该方法能从标准液及其与非目标菌混合液中特异性识别布鲁氏菌16M,不能识别大肠杆菌O157:H7、单增李斯特菌、金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门菌,具有良好的特异性。综上,该方法的操作时间低于3 h,检测模拟样品时,具有低检测限和较宽的线性范围。结论:本课题建立了一种快速、灵敏检测B.melitensis 16M的方法,是基于肽介导磁分离技术、AuNPs介导生物条码分析技术和量子点技术以实现目标菌的富集分离纯化、信号放大转换和荧光定量检测的目的。该实验方法具有低的LOD(5.13cfu/mL),宽的线性范围(10106 cfu/mL),具有高的灵敏性和特异性,检测时间不超过3 h。在牛奶和羊肉浸出液模拟样品检测中具有低的LOD,分别为1.07×102 cfu/mL和1.72×102 cfu/mL,也具有良好的宽的线性范围,分别为102107cfu/mL和102106 cfu/mL。该方法也可推广应用于其他病原体的快速检测。
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