用于食品中痕量生物毒素无标记检测的光子晶体传感技术研究

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目的食品及环境中的生物毒素污染对人类健康、经济发展甚至社会安全构成潜在威胁并产生严重危害。其中,相思子毒素和金黄色葡萄球菌肠毒素B(SEB)致死剂量极低,还被列为“潜在生物战剂”。因此,对这两种生物毒素进行定量检测受到国际组织及各国政府监管部门的高度重视。目前,灵敏度高且结果可靠的检测方法往往依赖于昂贵的实验设备,操作流程较繁复,无法满足快速便捷检测的需求。因此,本研究基于生物刺激响应性光子晶体分别建立了用于相思子毒素、金黄色葡萄球菌肠毒素B超灵敏检测的传感技术。方法在24孔板中用附着有金纳米粒子(AuNPs)的二氧化硅微球(SiO2)通过自组装方法堆垒蛋白石光子晶体(PCs),并用相思子毒素多克隆抗体(pAb)或SEB适配体修饰光子晶体以实现传感材料对相思子毒素或SEB的特异性识别。通过考察不同条件下制备的传感材料对目标物的响应性能,优化识别元件与SiO2-AuNPs光子晶体孵育条件。通过透射电子显微镜(TEM),扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征微球、光子晶体及传感材料在检测目标物前后的形貌,初步探索响应机制。通过特异性实验和加标回收实验,考察传感材料的特异性和准确性。结果1.使用相思子毒素多克隆抗体(pAb)作为识别元件构建了光子晶体传感材料。在最优条件下,传感材料反射峰的强度随相思子毒素浓度的增加而降低,线性范围为0.10 pg/mL至10 ng/mL,检出限为0.011 pg/mL,加标回收率在91.45±3.37%113.61±6.14%之间。2.使用巯基化SEB适配体修饰SiO2-AuNPs光子晶体构建了用于检测痕量SEB的Aptamer-PC传感材料。实验优化条件包括适配体孵育浓度与反应环境的pH。在最优条件下,传感材料反射峰强度会随着SEB浓度的增高而变化,并且SEB浓度的对数与反射峰强度的下降值具有线性关系,检测范围为1 fg/mL至1ng/mL,检测限为0.103 fg/mL。通过饮用水和牛奶的加标回收实验可知,加标回收率在100.26±9.13%116.27±6.12%之间。结论本文首先制备了具有生物相容性的SiO2-AuNPs光子晶体,通过AuNPs的加入实现光子晶体与生物识别元件的有机结合,构建了基于免疫分析的光子晶体传感技术。pAb与毒素结合所形成的抗原-抗体复合物,可以有效地破坏光子晶体的周期性阵列结构,能够对极低浓度的目标物产生响应。适配体的合成速度快,制备成本较低,稳定性良好,通过特定基团的修饰,构建了Aptamer-PC传感系统。与传统方法相比,检测范围更宽,检测限更低。此外,简便的制备过程和优异的响应能力使这种光子晶体传感材料有望成为快速、超灵敏检测的适用技术之一,在食品安全检测、环境监测和疾病诊断等领域具有广泛的应用前景。
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