【摘 要】
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非伤寒沙门氏菌是食源性疾病的主要原因之一,导致全国沙门氏菌感染人数不断增加,每年有大量人被沙门氏菌感染甚至死亡,造成数十亿美元的生产力和医疗损失。因此,快速简单检测沙门氏菌具有重大意义。目前,传统培养检测方法、免疫测定、聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)耗时费力,而电化学传感技术因其响应速度快、成本低、灵敏度高等优点而被广泛应用于食源性致病菌的检测。识别元
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非伤寒沙门氏菌是食源性疾病的主要原因之一,导致全国沙门氏菌感染人数不断增加,每年有大量人被沙门氏菌感染甚至死亡,造成数十亿美元的生产力和医疗损失。因此,快速简单检测沙门氏菌具有重大意义。目前,传统培养检测方法、免疫测定、聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)耗时费力,而电化学传感技术因其响应速度快、成本低、灵敏度高等优点而被广泛应用于食源性致病菌的检测。识别元件是电化学传感技术最重要组件,目前常用的生物识别元件制备复杂、成本昂贵且不能适用于复杂环境中,而印迹聚合物制备的“人工识别元件”则能克服生物识别元件的上述缺点,虽然传统的印迹方法有效且简单,但它也存在一些困难:对于大尺寸生物分子(如细胞、细菌和病毒等)不仅模板分子难以去除,在识别过程中又无法渗透到聚合物结构中,破坏生物分子结构,因而印迹对靶标分子的选择性较低。为克服这些问题,通常采用电化学方法制备表面印迹聚合物。聚吡咯(Polypyrrole,PPy)是一种良好的导电材料,常用作细菌印迹电化学传感器的功能单体。纳米材料具有良好的分散性和较大的比表面积。因此,纳米材料的掺杂不仅能改变聚吡咯的微观结构,也能影响吡咯单体和模板细菌的相互作用,从而调控表面印迹的传感性能。本论文以吡咯为功能单体,碳纳米管、MXene和二硫化钼(Mo S2)为纳米调控剂构建了三种沙门氏菌表面印迹电化学传感器,主要工作内容如下:(1)将沙门氏菌、吡咯和单壁碳纳米管(SWNT)分散液通过一步电化学聚合,然后浸泡于洗脱剂去除沙门氏菌模板,构建基于SWNT/PPy细菌印迹聚合物(SWNT/PPy-based Bacteria Imprinted Polymer,SPBIP)传感器。电化学聚合采用循环伏安法,可通过扫描速度、扫描圈数、电位等参数调控细菌印迹聚合物的厚度,同时,优化了影响传感器的实验条件。模板细菌从聚合物基质表面去除,形成特异性“非空腔”细菌表面印迹位点,更易于沙门氏菌的识别。该传感器去除沙门氏菌模板仅需40 min,检测沙门氏菌只需要孵育识别50 min,具有较宽的检测范围10~1~10~6CFU/m L。(2)采用MXene Ti3C2Tx作为纳米调控剂与吡咯单体和沙门氏菌模板通过循环伏安法聚合到玻碳电极表面,再浸泡于洗脱剂中去除沙门氏菌模板,制备基于MXene/PPy的细菌印迹聚合物(MXene/PPy-based Bacteria Imprinted Polymer,MPBIP)传感器。与基于PPy的细菌印迹聚合物(PPy-based Bacteria Imprinted Polymer,PBIP)传感器相比,MPBIP大大缩短了洗脱时间(5 min)和识别时间(1 h)。另外,对MXene的浓度、聚合周期、洗脱剂等几个影响传感器检测性能的条件进行研究和优化。沙门氏菌的检测用电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)。在最佳的实验条件下,沙门氏菌模板基本从电极表面去除,MPBIP传感器可检测10~2~10~8 CFU/m L的沙门氏菌,检测限为23 CFU/m L,其灵敏度更高。除此之外,制备的MPBIP电化学传感器可以至少重复使用3次,并且可以成功地应用于实际样品中沙门氏菌的检测。(3)采用二硫化钼作为纳米调控剂,构建了二硫化钼调控聚吡咯制备沙门氏菌表面印迹传感器。将沙门氏菌、吡咯和二硫化钼分散液通过一步电化学聚合然后浸泡于洗脱剂去除沙门氏菌模板,构建基于Mo S2/PPy的细菌表面印迹聚合物(Mo S2/PPy-based Bacteria Surface Imprinted Polymer,MBSIP)传感器。此外,优化了影响传感器性能的条件,最优的模板去除时间为40 min,沙门氏菌模板可以完全从聚合物基质表面去除,形成“非空腔”的细菌表面印迹位点可特异性识别沙门氏菌且识别孵育识别时间为30 min。该传感器具有较宽的检测范围,检测限为3 CFU/m L,具有良好的稳定性,可储存5周,并且可以检测饮用水和橙汁样品中的沙门氏菌,具有一定的应用前景。
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