短链脂肪酸的D-SERS检测研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xtepnui2020
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短链脂肪酸(Short-chain Fatty Acids,SCFAs)是人体肠道微生物主要的代谢产物。近年来有许多研究表明短链脂肪酸与其宿主人体的免疫应答、能量代谢及血压调节等生理功能有直接的联系。在人体肠道中乙酸、丙酸及丁酸含量最为丰富,因此乙酸、丙酸及丁酸成为微生物与宿主人体的生理调节与疾病预防相关研究的极具潜力的生物标志物。目前而言,绝大多数研究都使用气相色谱法与高效液相色谱法作为检测手段,二者检测耗时长、成本高且无法便携检测,这成为短链脂肪酸检测过程中亟待解决的问题。因此,建立一种快速、低成本且便携式的短链脂肪酸检测技术具有重要的意义。本论文基于动态表面增强拉曼光谱(Dynamic Surface-Enhanced Raman Spectroscopy,D-SERS)技术,对相关检测条件不断优化,成功检测出去离子水体系下1mmol/L的乙酸、丙酸、丁酸。而后通过D-SERS与液-液萃取方法相结合,建立了一种快速检测混合溶液体系下的短链脂肪酸的检测技术,成功检测出培养基体系下1mmol/L的乙酸、丙酸、丁酸。具体研究内容如下:首先,以丁酸水溶液作为检测对象,对激光功率与碘化钾(KI)用量进行优化,成功检测出了1mmol/L乙酸、丙酸、丁酸。通过设置梯度浓度实验以及与处理后的银胶信号对比两种方式,确定丁酸特征峰位为870 cm-1,894 cm-1,930 cm-1,1038cm-1,乙酸的特征峰位为930cm-1,丙酸的特征峰位为882cm-1。其次,使用脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)水溶液与丁酸溶液混合形成简单的混合液体系,基于此体系对透析、超滤、纳滤、液-液萃取四种样品前处理方法进行初步筛选。而后向酵母提取物与蛋白胨的混合溶液中加入丁酸水溶液构成较为复杂的混合液体系,确定液-液萃取为最适合的处理方法。萃取检测过程为无水乙醚以2倍于水相的体积萃取培养基体中的丁酸,后使用D-SERS技术检测萃取混合液的上层无水乙醚,整个过程仅需10-15min。最后,在培养基体系下,通过调节混合液pH值的方法确定乙酸、丙酸、丁酸在培养基条件下成功检测的最优pH值。另外,本研究在不同pH值下还对同时存在培养基体系中的三种短链脂肪酸进行检测,结果显示在pH为4.02时,本方法最适于检测乙酸,光谱中主要信号来源于乙酸,且乙酸信号最强。本研究建立了一种简便快速的短链脂肪酸的D-SERS检测技术,实现了培养基体系下对毫摩尔浓度级别的乙酸、丙酸及丁酸的快速检测。与现有的检测技术相比,本检测技术在检测耗时与成本控制方面具有一定优势,具有潜在的生物与临床应用价值。
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