聚丁二炔生物传感器快速检测大肠埃希菌O157:H7的研究

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目的:   通过分析聚丁二炔纳米材料的物化特性,制备聚丁二炔纳米囊泡;对已有的E.coliO157:H7脂多糖特异性适配体进行截短设计,研究其结构与功能关系;采用碳化二亚胺法介导氨基化适配体修饰到聚丁二炔纳米囊泡表面,利用该组装的适配体生物传感器与E.coliO157:H7反应前后的颜色变化实现快速检测。   方法:   1、聚丁二炔纳米囊泡的制备与表征:以PCDA单体、DMPC和E.coliO157:H7脂多糖(LPS)为膜材,采用探头超声法制备三种不同体系的聚丁二炔纳米囊泡,分别是纯PDA囊泡、PDA/DMPC混合磷脂囊泡以及PDA/DMPC/LPS混合磷脂囊泡。采用透射电镜负染技术,对这三种囊泡进行形貌表征;采用紫外-可见光吸收光谱技术,对这三种囊泡进行特征吸收峰表征;采用鲎试验,对LPS是否插入囊泡及插入方向进行验证。   2、EcoliO157:H7脂多糖特异性适配体的截短设计与验证实验:对文献已报道的特异性适配体进行截短设计,分析其序列、结构与功能关系;通过ELISA方法和激光共聚焦显微镜对适配体与E.coliO157:H7的相互作用进行验证,从而获得E.coliO157:H7亲和力高、特异性强的功能分子。   3、适配体-聚丁二炔纳米生物传感器的组装、稳定性评价与结合实验:将截短后的适配体进行5'端氨基修饰,通过酰胺化反应固定于纳米囊泡表面,实现生物传感器的功能化组装;在不同常用溶液、不同温度等条件下对传感器的稳定性做出评价;采用透射电镜验证适配体-聚丁二炔囊泡与脂多糖的结合程度。   4、大肠埃希菌O157:H7的快速检测:利用适配体与E.coliO157:H7特异性结合所引起的聚丁二炔纳米囊泡溶液颜色变化和比色响应值(CR%)改变来定性或定量检测溶液中的E.coliO157:H7。   5、用此生物传感器对临床粪便标本进行初步应用试验:对临床粪便模拟阳性标本和实际标本进行预处理,通过聚丁二炔纳米囊泡与标本反应的CR%值变化评价该适配体生物传感器的性能。   结果:   1、聚丁二炔纳米囊泡的制各与表征:经透射电镜表征证实,纯PDA体系、PDA/DMPC混合磷脂体系以及PDA/DMPC/LPS混合磷脂体系均能形成囊泡,直径30~100nm左右;经254nm紫外线照射,各种体系均从无色转变为蓝色;经鲎试验证实,PDA/DMPC/LPS混合磷脂囊泡的内毒素活性很低,说明绝大部分LPS成功插入囊泡且LPS的特异多糖部分分布在囊泡表面。   2、E.coliO157:H7脂多糖特异性适配体的截短设计与验证试验:采用软件RNAstructure4.5对截短前后序列的二级结构进行预测,ELISA方法证实截短后适配体与脂多糖的亲和力高于原适配体;激光扫描共聚焦显微镜鉴定截短后的适配体与E.coliO157:H7的结合具有强的绿色荧光,说明适配体截短设计成功,截短后序列保留的随机区高级结构是适配体与靶分子结合的主要部位。   3、适配体-聚丁二炔纳米生物传感器的组装、稳定性评价与结合实验:经紫外-可见光吸收光谱分析证实,成功将适配体修饰到聚丁二炔纳米囊泡表面,其修饰效率大于85%;生物传感器可保存于4℃、25℃-年以上,透射电镜观察囊泡粒径在50nm左右。说明聚丁二炔纳米囊泡有较高稳定性。经透射电镜以及CR%值证实适配体-聚丁二炔囊泡与脂多糖具有很高的结合力。   4、大肠埃希菌O157:H7的快速检测:聚丁二炔纳米生物传感器与E.coliO157:H7特异性结合,通过纳米囊泡颜色从蓝色转变为红色以及CR%的改变来定性或定量标本中的E.coliO157:H7;整个检测在2h内完成:线性范围为104~108CFU/ml,灵敏度达105CFU/ml,特异性强。   5、对临床粪便标本检测:成功构建一种可以快速检测粪便标本中的EcoliO157:H7的适配体聚丁二炔纳米生物传感器,对100例临床粪便模拟阳性标本检出率达96%;203例临床粪便标本(201例阴性标本,2例阳性标本)进行检测,灵敏度为100%,特异性为99%,用培养法作参照,本法检测准确率为99%。   结论:   本研究成功构建大肠埃希菌O157:H7的适配体-聚丁二炔纳米生物传感器。该生物传感器稳定性高,检测灵敏度高,特异性强;对临床粪便标本检测准确性与培养法相当。该检测技术不需昂贵仪器设备,操作简便、快速,易于判断结果,可对标本进行快速筛查,有望用于各级疾控中心和临床检验部门。
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