致病菌鉴定和灭活一体化多功能传感平台的构建及应用

来源 :天津科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tsmljgh
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
食品安全问题不仅严重威胁全社会人民的健康安全,同时也给食品相关行业的经济发展带来不利影响,以致病菌为主的微生物污染更是加剧了问题的严重性。致病菌具有较强的传染能力,极易从被污染的食品、饮用水等媒介传播给人类,引起严重的疾病和感染。由于被污染的基质和环境中常存在多种致病菌,因此对单一种类致病菌的检测很难实现对致病菌的精准控制。尤其是新型冠状病毒(COVID-19)的爆发和传播更是提醒人们对这类传播性强的污染物不能仅停留于检测和鉴定,而应在检测的同时对其进行灭活,有效避免污染物的附加污染。因此,开发简单有效的多功能传感平台将致病菌的多元鉴定与高效灭活一体化对食品质量控制和临床诊断与治疗等方向具有重要意义。本论文构建的多功能传感平台以整合致病菌的识别和灭活为目的,并逐步简化传感平台的构建,大幅缩短检测时间并简化操作步骤,提高其通用性和便捷性。基于聚(烯丙基胺盐酸盐)(Poly(allylamine hydrochloride),PAH)功能化的硫化铜纳米颗粒(CuS@PAH NPs)对致病菌的结合能力和光热特性,构建了基于温度信号输出的POC(Point of Care)检测平台,用于对大肠埃希氏菌(Escherichia coli,E.coli)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S.aureus)的检测和灭活。阳离子聚合物PAH既作为保护剂也作为封盖剂用于合成CuS@PAH NPs,通过静电相互作用表面带正电荷的CuS@PAH NPs可结合到带负电的致病菌的表面,并通过离心被分离到致病菌的沉淀中。由于CuS@PAH NPs的光热效应,沉淀经808 nm激光照射后可快速升高温度,该温度变化可被热学成像仪监测。因此,以温度为输出信号,本方法可定量检测E.coli和S.aureus,检测限分别为3.59和3.91 CFU m L-1,并且可应用于在牛奶样品中对这两种致病菌的检测。此外,检测时温度的升高可通过光热疗法(Photothermal therapy,PTT)实现对致病菌的原位灭活,对E.coli和S.aureus的杀菌效率分别为99%和100%。基于4-巯基苯硼酸(4-mercaptophenylboronic acid,MPBA)功能化的硒化铜纳米颗粒(CuSe@MPBA NPs)与致病菌的亲和力以及其光热特性,构建了基于温度信号输出的便携式传感阵列用于多种致病菌的鉴定、识别和灭活。MPBA可与致病菌表面糖类中的顺式二醇结构结合,而该结合能力受到p H的调控。由于不用致病菌表面的糖类种类和物质具有差异,因此,以CuSe@MPBA NPs为探针,不同p H为传感通道,温度为输出信号构建了便携式传感阵列,通过结合线性判别分析(Linear discriminant analysis,LDA)成功鉴定和识别了10种致病菌以及其革兰氏状态,正确率为100%。对未知污染源的自来水样中致病菌的判定准确率为93.3%。此外,依赖于CuSe@MPBA NPs的光热特性,该传感阵列能够高效杀死致病菌,杀菌率接近100%。基于3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)氧化后形成的氧化TMB(ox TMB)具有多特征吸收峰和光热能力的特性,构建了基于TMB单探针的多功能传感阵列用于鉴定和识别致病菌,并在鉴定后通过PTT高效杀死被检致病菌。制备的钯/铂双金属纳米酶(Pd/Pt NPs)具有优异的类氧化酶活性,可在没有双氧水(H2O2)存在的情况下直接将TMB氧化为ox TMB并展现出370 nm、450 nm、650 nm和880 nm处的吸收峰。不同致病菌会在不同程度上抑制Pd/Pt NPs与TMB之间的反应,导致其四个吸收峰强度发生不同变化。基于此,以ox TMB的四个吸收峰强度的变化为信号,通过LDA分析,成功鉴定了9种致病菌,正确率为100%。此外,该传感阵列还能区分同一菌株的耐药型和非耐药型。在自来水样品中对未知致病菌的判定准确率为96.3%。在识别到致病菌后可通过ox TMB的光热性能实现对致病菌的光热消融,对耐卡那霉素大肠杆菌(Kanamycin-resistant Escherichia coli,KREC)和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus,MRSA)的杀菌效率分别为99%和99.4%,对其他致病菌的杀菌效率均接近100%。本研究选择TMB作为单探针的策略大幅度简化了实验操作,降低了检测时间。基于HAu Cl4和TMB的比色反应体系,构建了以TMB为单探针,HAu Cl4为氧化剂和杀菌剂的新型多功能比色传感阵列。HAu Cl4可以有效氧化TMB生成具有四个特征吸收峰的ox TMB。不同细菌的存在可以抑制该氧化反应,并引起四个特征峰强度的不同变化。通过LDA分析,不仅可以成功鉴定9种致病菌,还可对耐药菌株和敏感菌株进行区分,正确率为100%。对受污染的自来水样品中未知的致病菌的判定准确率为97.3%。此外,在鉴定过程中,HAu Cl4可以高效杀死致病菌抑制其生长和繁殖,避免残留的致病菌形成细菌生物膜,有效降低细菌污染和传播的风险。该策略提供了一种新颖和简单的方法来识别和清除致病菌,从而有效地防止公众受到细菌污染的危害。因此,本论文构建的多功能传感平台巧妙地将致病菌的检测、鉴定和灭活一体化,能够在检测和鉴定致病菌时实现对致病菌的灭活,有效防治致病菌污染。本策略简单便捷,能够应用于实际样品中致病菌的检测和鉴定,具有较高的准确性。
其他文献
渤海是我国重要的近岸海域,作为半封闭浅海易受到环渤海城市和工业发展的影响,随着沿岸工农业活动不断加剧,渤海季节性低氧现象频繁发生,对渤海的生态环境产生了不利影响。溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)是海洋生物生存不可缺少的要素。随着近岸低氧区对海洋生态系统的影响加剧,研究渤海DO和相关环境要素的季节、年际变化和DO的主要影响因素,以期为渤海生态环境研究提供资料和数据支撑。本文使用国家海
学位
红曲米醋是一种典型的功能性发酵食品,是利用红曲为发酵剂,发酵过程中产生有机酸、色素、洛伐他汀、多酚等多种生物活性成分,因其营养和药用价值被认为是有效预防血脂异常的功能性食品。目前,关于红曲米醋的研究主要集中在单一组分或提取物对脂质代谢的影响,但红曲米醋作为多菌种发酵且富含多种活性物质的复合体系,在预防脂质代谢失调过程中的复合作用机制方面并不明确。因此本研究以红曲米醋为研究对象,综合运用16S r
学位
茶是世界三大饮料之一,伴随茶叶深加工产业的迅猛发展,茶渣的高值化利用成为重要的研究方向。本研究以普洱茶渣为原料,制备得到茶膳食纤维(tea dietary fiber,TDF),通过分析TDF的结构、理化性质、体外消化特性和对小鼠便秘的改善作用,进一步从肠道微生态的角度阐明了TDF通便的作用机制,研究结果为普洱茶渣的高值化利用提供了理论依据。在研究具体实施过程中,通过单因素和响应面试验确定了TDF
学位
生活垃圾焚烧这种资源化、无害化处理垃圾的方式在中国的应用越来越广泛。但中国城市生活垃圾的高含水量(50~60%)使焚烧发电厂通常将垃圾在储存坑中发酵6~10天来提高垃圾的热值,同时废物的自然脱水会产生大量的渗滤液。因此针对焚烧发电厂渗滤液的有效处理就成为了备受关注的社会问题。目前焚烧发电厂通常采用双膜法(NF/RO)、膜生物反应器(MBR)和多效蒸发来处理渗滤液。但由于渗滤液中有机物含量高、堵塞管
学位
港口是国民经济发展的“晴雨表”,港口企业竞争力不仅会对港口所在城市的竞争能力具有影响作用,也从一定意义上影响着一个国家的综合竞争力。智慧港口建设背景下,港口企业如何通过更新与升级港口基础设施设备、运用现代新兴信息手段提升管理能力和运输服务水平,加大企业运营的现代化、自动化程度,从而带动企业核心竞争力的提升并实现更强劲的可持续发展,成为一个重要课题。对智慧港口建设背景下TJG集团现阶段的发展情况开展
学位
<正>北魏地理学家、文学家郦道元的《三峡》与南朝文学家吴均的《与朱元思书》是两篇优美的山水小品文。两篇短文无论从内容上还是从形式上都堪称南北朝时山水小品文的"双璧"。两文都用细腻的笔调、优美的语言描绘了旖旎壮美的自然风光,抒发了对祖国山水的热爱和赞美之情,二者写作手法不乏相同之处;但景物描写和心理感受也有不同的地方。将之对比鉴赏,韵味无穷。
期刊
食品在生产、加工处理、运输、储藏等过程中容易被真菌污染。真菌在生长繁殖后期,因养分耗竭,体内三羧酸循环中间产物(初级代谢产物)如乙酰辅酶A、丙酮酸等大量堆积,易导致真菌代谢性中毒,使真菌利用初级代谢产物合成次级代谢产物真菌毒素,进一步污染食品。随着近年来生活水平日益提高,我国政府对食品安全监管越来越严,但是还存在食品安全隐患,如:谷物等粮食食品中的真菌毒素具有分布广泛、性质稳定、难以监测、危害严重
学位
目前已有研究表明玫瑰露酒的香气成分组成,但并未确定不同酒精度的玫瑰露酒的主体香气特征成分以及玫瑰露酒感官属性与香气成分之间相互关系。本研究旨在探究不同酒精度玫瑰露酒间香气成分的差异和共性,及与青年人群中可接受度的相关性,为玫瑰露酒的风味品质控制提供一定参考,为露酒质量管理体系的建立提供依据。本课题的研究内容主要包括:(1)分析不同酒精度玫瑰露酒的基本理化性质;(2)将不同酒精度玫瑰露酒香气成分与清
学位
淀粉作为一种重要的生物基聚合物,不仅是人类饮食中碳水化合物的主要来源,还是一种可再生、可生物降解和具有生物相容性的绿色生物基材料。通过对天然淀粉进行改性,可以改善天然淀粉的功能性质,使其更好地应用于食品或非食品工业。由于天然淀粉致密的结构及分子内/间存在大量氢键作用,使其在传统溶剂中难以加工处理。近年来,离子液体(Ionic liquids,ILs)因具有不挥发性、热稳定性,可设计性和可回收性等优
学位
二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic acid,DHA)是一种n-3系的多不饱和脂肪酸,其含有22个碳原子和6个顺式双键,其主要来源是海洋动物、浮游植物。人体主要通过食物摄取来补充DHA。研究发现,DHA具有许多生理活性,包括增强免疫力、抗炎、调节脂质代谢、促进胎儿发育等。DHA在老年慢性病,例如阿尔兹海默症(Alzheimer’s Disease,AD)中的作用越来越受到重视。但是关于
学位