“化学鼻”是一种具有选择性和交叉反应性的列阵传感器。在不需要特异性抗体或适配体的情况下,通过变换和组装传感器材料表面的单分子配体,“化学鼻”便可与多种分析物进行交叉反应,产生独特的模式或指纹图谱,从而实现多种分析物的准确判别。“化学鼻”作为一种重要的选择性列阵传感器,已经被用于各类金属离子、挥发性物质、氨基酸等小分子物质和细胞、病毒等生物体及其内部大分子物质的检测。本研究以“化学鼻”技术为基础,结合磁性纳米颗粒,建立了2种快速、灵敏的水产病原微生物检测方法。一是利用三种季铵盐化磁性纳米颗粒与脲酶构成磁性“化学鼻”传感器,建立了对7种病原微生物的快速检测方法;二是利用三种荧光蛋白与一种季铵盐化磁性纳米颗粒构成多通道磁性荧光“化学鼻”传感器,建立了对11种病原微生物的快速检测方法;进一步地,基于多通道磁性-荧光蛋白“化学鼻”传感器建立了对11种抗生素的快速筛选方法。内容如下:1.磁性-脲酶“化学鼻”诊断病原微生物:已知“化学鼻”传感器的响应强度取决于由三种季铵盐化的磁性纳米颗粒与脲酶的结合强度以及病原微生物与传感器之间的相互作用。脲酶具有水解尿素、提高反应体系pH值的能力。将脲酶与含有苯酚红和尿素的显色剂反应,随着脲酶浓度的升高,会导致显色剂的颜色从黄色变为红色。本实验表明,当脲酶与磁性颗粒结合,会抑制其水解活性。因此,不同种类的病原微生物、不同浓度的微生物都会导致不同浓度的脲酶从磁性纳米颗粒表面解离,这导致脲酶的水解活性恢复。通过酶标仪在558nm的波长下,可以得到溶液的颜色变化(从黄色到红色),再通过线性判别分析绘制指纹图谱,从而诊断病原微生物的种类与浓度。本方法在30分钟内测量1×104 cfu·mL-1微生物的准确率高达97.6%,检测限为1×102 cfu·mL-1。2.磁性-荧光蛋白“化学鼻”诊断病原微生物:利用季铵盐化的磁性纳米颗粒与三种荧光蛋白(蓝色、绿色、红色荧光蛋白)结合,结合过程中能量转移会猝灭荧光蛋白的荧光,加入不同种类、不同浓度的病原微生物后,由于结合作用力的差异,使得三种荧光蛋白与磁性纳米颗粒发生不同程度的分离,荧光蛋白的荧光也会得到不同程度的恢复。蓝色荧光蛋白、绿色荧光蛋白、红色荧光蛋白的激发光/发射光波长分别为380/445nm、480/510nm和555/585nm,以线性判别分析法为数据分析手段,对病原微生物进行诊断。本方法在30分钟内测量5×106cfu·mL-1微生物的准确率可高达89.7%,检测限为 5×104 cfu·mL-1。3.磁性-荧光蛋白“化学鼻”筛选抗生素:选取以革兰式阳性菌为代表的金黄葡萄球菌和以革兰式阴性菌为代表的大肠埃希菌,将这两种微生物分别与不同种类的1 1种抗生素(浓度为其相应的IC50值)反应,再与磁性-荧光蛋白“化学鼻”传感器进行竞争结合,以荧光强度的变化为响应信号,通过线性判别分析和热图分析,对于分别作用于金黄葡萄球菌和大肠埃希菌的11种抗生素进行筛选,其准确率高达97.6%和95.2%。