基于多元微生物载体的玉米赤霉烯酮高灵敏免疫层析检测方法研究

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玉米赤霉烯酮(ZEN)是一种由镰刀菌属产生的具有雌激素作用的真菌毒素,可通过污染谷物和饲料进入食物链,严重危害人类和动物的健康,近年来已成为食品安全领域的研究重点。因此,研发快速、灵敏、准确的ZEN检测技术对于保障全球食品安全具有重要的现实意义。免疫层析技术(ICA)是将免疫技术、色谱层析技术和纳米材料技术相结合的一种快速检测方法,具有操作简单、成本低廉且不依赖大型设备等优点,被广泛应用于真菌毒素检测。然而传统以胶体金(Au NPs)为标记载体的ICA,由于Au NPs的尺寸小、稳定性差而导致其检测灵敏度较低。相比于Au NPs,微生物(MOs)具有比表面积大、官能团丰富等优势,可利用其作为有效模板制备特定结构和多功能的载体,有望研究开发一种基于MOs标记的新型ICA,以克服传统胶体金的局限性,提高ICA的检测性能。基于此,本文结合MOs的众多优点,设计了四种具有优异特性的MOs载体并探究其合成机理,构建了一系列MOs新型ICA高灵敏检测玉米和小米中的ZEN,并分别对相关检测性能和实际应用潜力进行评价。论文主要研究内容和结果如下:1.金纳米粒子功能化微生物增敏的免疫层析技术检测ZEN利用酵母菌(Yeast)和乳酸菌(LAB)的生物吸附和生物还原作用,与HAu Cl4反应原位合成载有金纳米粒子(Au NPs)的微生物复合材料(Yeast@Au NPs和LAB@Au NPs)。通过对微生物@Au NPs(MO@Au NPs)的合成条件(p H和反应时间)和主要特性(形貌、直径和官能团)等进行探究,证明了合成的MO@Au NPs具有尺寸大(约2μm)、吸附能力强,标记单克隆抗体(m Abs)量少的特点,使得ICA的检测限显著降低。经过优化后,Yeast@Au NPs-ICA和LAB@Au NPs-ICA检测ZEN的线性范围分别为0.375–12 ng/m L和0.18–12 ng/m L,检测限(LOD)分别为0.078和0.118ng/m L,比传统Au NPs-ICA低14倍。同时,该方法对ZEN具有高度特异性,能检测到玉米和小米中含有ZEN的最低量为1.5μg/kg,平均回收率为81.55–127.70%,说明该方法具有良好的稳定性和准确度。2.SABPDs定向修饰抗体的双信号免疫层析技术检测ZEN利用金黄色葡萄球菌(SA)表面蛋白A可以特异性结合m Abs的Fc区域的特点,本研究采用SA和对苯二酚(HQ)作为前体,通过席夫碱反应和自组装策略制备了SA-生物合成聚合物点(SABPDs),构建了基于SABPDs定向标记的双信号免疫层析技术(SABPDs-DICA)。实验证明SABPDs具有尺寸均一的球菌形态、蓝绿色荧光和可见棕色信号,以及靶向m Abs的Fc区域的能力。并通过计算SABPDs标记m Abs的亲和力常数(ka)和平衡解离常数(KD),验证了该载体能够保留m Abs固有的生物活性。因此制备的SABPDs不仅能有效暴露m Abs的抗原结合位点,而且赋予了ICA优良的比色-荧光双信号,可进一步提高灵敏度。在最佳条件下,SABPDs-DICA能够检测低至0.036 ng/m L的ZEN,且具有优良的特异性和重复性。SABPDs-DICA在玉米和小米中可检测到的ZEN最低量为0.72μg/kg,回收率良好,并且假阳性率和假阴性率均为0%。以上检测结果与液相色谱-质谱联用(LC-MS/MS)分析结果均一致,实现了该方法对ZEN的高灵敏度和准确性检测。3.一步生物染色的SAD通用型免疫层析技术检测ZEN由于染料具有颜色鲜亮、成本低、与微生物蛋白结合快速等优势,本研究利用生物染色自组装策略为ICA创建SA-染料(SAD)载体,选择刚果红(CR)和异硫氰酸荧光素(FITC)分别嵌入SA中制得SACR和SAFITC,为m Abs的定向固定提供了高亮度和丰富的特异性结合位点。实验揭示了SAD定向结合m Abs的机理并通过计算ka表明SAD具有更高的m Abs生物活性(ka为10~9 M-1),为进一步提高灵敏度提供依据。将SACR和SAFITC应用于ICA分别实现了比色和荧光检测ZEN,结果表明所构建的SAD-ICAs具有更低的检测限(0.013 ng/m L)、良好的相关性(R~2>0.98)、重现性(RSD<8%)、特异性以及稳定性。此外,SAD-ICAs在玉米和小米中ZEN最低检测限为0.36μg/kg,平均回收率为81.5-124.6%,该方法与LC-MS/MS分析结果均一致。将SACR和SAFITC混合应用于ICA也成功实现了ZEN的双信号检测。以上结果表明,通过替换不同的染料和相应的m Abs,SAD-ICAs可以推广到其他食品安全危害因子的现场和多模式检测中。4.Ru(bpy)32+掺杂SAQDs的信号增强双读出免疫层析技术检测ZEN为了进一步提高检测性能,本研究利用“时空耦合”策略原位合成SA-量子点(SAQDs),将Ru(bpy)32+掺入SAQDs中制得SAQDs Ru作为新型载体,建立了基于SAQDs Ru的信号增强双读出免疫层析技术(SAQDs Ru-DICA)。实验探究了SAQDs Ru的合成机理,并证明该载体表现出强发光、优异的稳定性和高ZEN亲和力等特点,可显著提高检测灵敏度。经实验条件优化,SAQDs Ru-DICA的检测限低至0.008 ng/m L(比色模式)和0.0058 ng/m L(荧光模式),同时具有良好的特异性和可重复性。将SAQDs Ru-DICA与智能手机APP相结合,开发了一种便携式传感系统以实现更加便捷的检测。此外,SAQDs Ru-DICA在玉米和小米中ZEN最低检测限为0.16μg/kg,回收率测定为85.58–118.83%,RSD小于5.62%。同时也对自然污染的实际样品进行了检测,结果与LC-MS/MS检测结果一致,表明该方法在食品安全领域具有广阔的应用前景。
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