便携式拉曼在快速检测多种水源病原体方面的应用

摘要：研究者利用一款带有SERS-Tag作为拉曼信号报告装置的便携式双层过滤设备，成功实现对湖水中多种病原体的快速检测。这一项技术为水源安全监测提供了新的解决方案。

一、研究背景

近些年来，由感染食源性致病菌所引发的重大安全事件时有发生，不断报道的食品中致病菌的残留问题使得人们对食品中致病菌的检测越发关注，各类致病菌的检测方法也层出不穷。该研究设计了一款带有SERS-Tag作为拉曼信号报告装置的便携式双层过滤设备可以快速识别、分离、浓缩和鉴定湖水中大肠杆菌0157:H7、金黄色葡萄球菌和单核细胞增生李斯特菌等多种水生病原体。每个SERS-Tag(与抗体结合的AuTag @ Ag)均由Au @ Ag纳米颗粒作为拉曼增强底物，吸附的拉曼报告染料(CVa, R6G和MB)产生特征性SERS信号以及特异性的抗体针对目标细菌。该过滤装置对注射器进行了一定的改造，使得其具有上孔过滤膜(孔径为30μm)(拦截膜)和下层过滤膜(孔径为200 nm(浓缩膜)。使用时推动受污染的湖水样品流通过双层过滤设备。

在此过程中，沙粒，浮游生物和植物叶片等大物体被截留膜截留，而三种目标病原体可以被浓缩膜捕获并浓缩。从便携式设备上卸下浓缩膜后，通过上海如海光电便携式拉曼光谱仪可以同时对多个目标病原体进行测试。

二、 实验方法

本文采用上海如海光电生产的SEED3000便携式拉曼光谱仪进行数据采集，通过上海如海光电提供的预处理算法进行光谱预处理。

三、 研究内容

3.1 研究拉曼光谱和拉曼增强效应

要检测多个目标，必须选择一组没有光谱间干扰的拉曼报告分子。由图4.2可知，AuCVa@Ag、AuR6G@Ag、AuMB@Ag信号强度分别比CVa、R6G、MB强的多，表明SERS-Tag具有强大的拉曼增强效果。

3.2 浓缩膜的SEM表征

为了验证浓缩膜的富集能力，在图4.4中通过SEM对湖水处理前后的浓缩膜进行了表征。在图4.4D中可以看到，许多小型SERS-TagCVa通过抗原抗体识别紧密紧密地分布在大肠杆菌0157:H7的表面上。该表征是有力证据证明该过滤装置可用于分离和浓缩目标病原体。

3.3对单种细菌的测定性能调查

经过以上研究和表征，我们首先用三种目标病原菌中的一种来测试过滤装置的细菌检测能力。测试结果表明，随着湖水中细菌浓度的增大，被吸附在浓缩上的细菌也越来越多，呈现明显的线性关系，结果如图4.6所示。随着大肠杆菌0157:H7浓度增加，在特征拉曼峰586cm-1、1501cm-1和1614cm-1处，定量检测1×101至1×106cfu的大肠杆菌0157:H7、金黄色葡萄球菌和单核细胞增生李斯特菌呈现较好线性关系，R2分别为0.9929、0.9942、0.9854，表明可以将被污染湖水与空白样品区分开来的浓度为1×101 cfu/mL，这足以检测实际生活时水中的水生细菌。

3.4 对三种细菌的测定性能调查

使用三种细菌共同污染了湖水样品，对污染后样品测试结果如图4.8所示，我们发现仍然可以检测到对应于三种目标细菌的特征性SERS峰。通过跟踪586cm-1、 1501cm-1和1613cm-1处的峰值强度，拉曼响应与已知的三种细菌的浓度成正比，表4.4中推导的细菌浓度与已知浓度的加标浓度进行比较得出的回收率也在可接受的范围内。

同时也使用经典的基于MNPs的方法进行对比验证，电泳结果也验证了大肠杆菌0157:H7 (101 bp)，金黄色葡萄球菌(132 by)和单增李斯特氏菌(261 by)的PCR扩增，证明拉曼信号确实是由结合的纳米颗粒产生的在三种细菌的表面上。表明该设备可以耐受湖水环境，并同时进行多种水生病原体检测的SERS解码测定。

四、 文献来源

食品中食源性致病菌的检测方法研究

高岩 合肥工业大学

致病菌一直是人类安全和健康的巨大成胁,每年都有数百万人死于食源性致病菌的感染。在过去,烹饪时的高温可以杀灭所有的细菌,但随着包装食品的普及,加工、包装、运输的过程中都可能摘要:发生细菌感染,奶制品、饮用水、饮料都是致病菌的有效载体，因此,建立快速、便捷的食品中致病菌的检测方法对减少致病菌感染对人体的参在成胁具有里要意义。本文针对食品中常见的大肠杆菌O157:H7、克罗诺杆菌、鼠伤寒沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和单增李斯特菌建立了三种快速检测方法。(1)建立奶粉中的克罗诺杆菌属等温链交换扩增的分子捕获侧向层析试纸检到方法本文中,我们开发了一种新的检测方法,用于快速,轻松地定量鉴定在婴儿程方奶粉中的克罗诺扦菌属，该方法很好地结合了等温游交换护增(SEA)分子侧向层析试纸(F)的优势，克罗港杆菌的DNA楼板的存在可以通过SEA等温标记扩增,扩增仅使用一对标记的功能引物,且无需使用热控制器。SEA的高放大效率可积累大量双标记扩增子,这些分子可通过使用荧光微球(M)作为标记器,通过分子捕获被LFS捕获,在365 nm处激发后进行定量分析。即使是成分复杂的婴儿配方奶粉,也可以在不到一小时的时间内通过.更多

关键词: 等温链交换扩增；致病菌；表面增强拉曼光谱；侧向层析试纸；双层过滤

专辑: 工程科技I 辑

专题: 轻工业手工业

Dol:10.27101/d.cnki.ghfqu.2021.001126

分类号: TS207.4

导师: 叶应旺; 姚帮本;

学科专业: 食品工程(专业学位)

硕士电子期刊出版信息: 年期:2022年第02期网络出版时间:2022-01-16--2022-02-15