基于光学纳米材料的海洋腐蚀微生物快速检测方法

发布时间：2020-05-09 22:47

【摘要】：海洋腐蚀微生物的快速检测对微生物腐蚀机理及早期微生物腐蚀防护的研究具有重要的指导意义。本研究以海洋腐蚀微生物-硫酸盐还原菌(SRB)为主要检测目标,通过制备先进的光学纳米材料,结合合适的生物识别分子,分别构建了基于苯硼酸识别的银纳米颗粒的比色传感器、基于脱氧核酶识别的银纳米簇荧光传感器和基于GSH-Au(Ⅰ)-Pb(Ⅱ)配合物的荧光传感器和基于多重识别的碳点荧光阵列传感器,建立了对海洋腐蚀微生物的高灵敏度的快速检测方法。该研究的开展对海洋腐蚀微生物的检测及海洋微生物腐蚀的机理研究具有重要意义。主要研究结果如下:(1)构建了一种基于苯硼酸识别的银纳米颗粒的简单、快速、价格低廉的比色微生物检测方法。该检测方法利用细菌表面存在的邻二羟基基团可与苯硼酸功能化银纳米颗粒共价结合,从而抑制由过量巯基苯硼酸诱导的苯硼酸功能化银纳米颗粒的聚集,从而使其产生不同的颜色变化。通过肉眼观察、智能手机拍照或者紫外可见吸收光谱仪可实现对细菌的快速检测。结果证明,苯硼酸功能化银纳米颗粒在400 nm处的吸光度与SRB的浓度在5.0×10~6 cfu·mL~(-1)至5.0×10~7cfu·mL~(-1)之间存在良好的线性关系。同时,整个检测过程可在20 min内完成。(2)构建了一种基于脱氧核酶识别的银纳米簇荧光传感器用于微生物的高灵敏度检测。该检测体系,以磁性微球为载体,以脱氧核酶为识别分子,引入乙酰胆碱酯酶,构建了一种MNP-DNAzyme-AChE(MDA)复合物。在目标细菌裂解液存在下,脱氧核酶可与其特异性结合,并发生催化裂解,使连接其上的乙酰胆碱酯酶,从MDA复合物中脱离进入溶液。利用乙酰胆碱酯酶的催化产物,使DNA银纳米簇的荧光信号发生增强。该荧光传感平台表现出了高特异性和高灵敏度,其最低检测限为60 cfu·mL~(-1),线性检测范围为1.0×10~2-1.0×10~7 cfu·mL~(-1)。整个检测过程可在2 h内完成。通过变换该检测体系中的脱氧核酶,可实现对特定海洋腐蚀微生物的高特异性、高灵敏度检测,为海洋腐蚀微生物的快速检测提供了新的策略方法。(3)构建了一种基于GSH-Au(Ⅰ)-Pb(Ⅱ)配合物的荧光传感器,其可对SRB代谢产物S~(2-)产生特异性响应,在S~(2-)存在下其可发生荧光猝灭。本研究基于Pb~(2+)诱导的GSH-Au(Ⅰ)聚集诱导发光,以及S~(2-)导致荧光猝灭现象,开发了一种用于检测SRB的荧光传感器。该方法显示出良好的线性检测范围和极好的选择性。鉴于所提出的荧光平台的快速和简便性,该方法在SRB的快速检测中具有潜在的应用价值。(4)构建了一种基于苯硼酸、多粘菌素和万古霉素功能化碳点的荧光阵列传感器用于海洋腐蚀微生物的识别、鉴定。由于不同细菌表面的物理化学性质的多样性,不同碳点对细菌具有不同的结合能力,因此该荧光阵列传感器对不同细菌产生不同程度的荧光信号响应。该荧光阵列传感器可以简单、快速、有效地实现对包括SRB和铜绿假单胞菌等海洋腐蚀微生物在内的6种细菌的准确识别。
【图文】：

生物传感器,构造原理

第 1 章前言及检测时间短等优点。生物传感器（Biosensor）是一种利用生物识别元件（生物材料如生物组织、微生物、细胞器、细胞感受器、酶、抗体、核酸等，生物派生材料或者类生物材料）与目标物结合产生信号，并通过换能器（光学、电化学或压电）将信号转换为可读信号并输出的装置。其构造原理图如图 1.1 所示。根据换能器的不同，生物传感器可分为光学传感器、电化学传感器、声波传感器、表面应力传感器和磁学传感器等。Ahmed 等（2014）认为用于微生物检测的生物传感器应具有的理想特征为：高灵敏度（<103cfu·mL-1）、高特异性、快速（几分钟内）和高稳定性（高达 45℃）、易于操作和便携。在各种用于微生物检测的生物传感器中，光学生物传感器由于具有快速、成本低、便携、简单易用和多重检测的优点，应用最为广泛。

比色,聚苯胺,纳米颗粒,传感器

基于光学纳米材料的海洋腐蚀微生物快速检测方法供了可能。纳米材料的大比表面积能够负载更多的生物识别元件（酶和噬菌体等），从而增强对目标微生物的捕获。此外，，基于纳米感器可实现对目标物的小体积、无标记、实时快速检测。基于吸光共振和发光等光学性质的多种纳米材料已被用于开发高灵敏的微生统。比色传感器
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P755.3

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