CN105308185A - 使用羧基官能化超顺磁性纳米团簇的磁性分离方法 - Google Patents

使用羧基官能化超顺磁性纳米团簇的磁性分离方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种方法，所述方法包括：使多个羧基官能化超顺磁性纳米团簇与可能包含至少一种微生物菌株的液体样品接触；从至少一部分液体样品磁性分离至少一些羧基官能化超顺磁性纳米团簇；以及分析磁性分离的超顺磁性纳米团簇用于证实至少一种微生物菌株已非特异性结合到其上。

Description

使用羧基官能化超顺磁性纳米团簇的磁性分离方法
背景技术
通常期望分析各种临床样品、食品样品、环境样品或其他样品中是否存在细菌或其他微生物。
发明内容
总而言之，本文公开了一种方法，该方法包括：使多个羧基官能化超顺磁性纳米团簇与可能包含至少一种微生物菌株的液体样品接触；从至少一部分液体样品磁性分离至少一些羧基官能化超顺磁性纳米团簇；以及分析磁性分离的超顺磁性纳米团簇用于证实至少一种微生物菌株已非特异性结合到其上。
具体实施方式
如本文所用，作为对性质或属性的修饰语，除非另外具体定义，否则术语“大体”意指该性质或属性将容易被普通技术人员认识到，而不需要绝对精确或完美匹配(例如，对于可计量的性质在+/-20％内)。除非另外具体定义，否则术语“基本上”意指高逼近程度(例如，对于可计量的性质在+/-10％内)，但同样不需要绝对精确或完全匹配。术语诸如相同、相等、均匀、恒定、严格等应理解成是在通常的公差内、或适用于特定情况的测量误差，而不需要绝对精确或完美匹配。所谓直径意指球形体的直径；或者对于不规则体来说，意指体积与不规则体相同的球体的直径。术语诸如(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸酯等涵盖所提及项目的丙烯酸酯型式和甲基丙烯酸酯型式两者。
本文公开了从可存在一种或多种微生物菌株的液体样品中分离至少一种微生物菌株的方法。该方法依赖在其表面上包含羧基官能团的超顺磁性纳米团簇，这些羧基官能团可非特异性结合到(例如分别结合到，和/或两个一组、三个一组、四个一组或更多个一组等结合到)一种或多种微生物(当存在时)。然后可从液体样品磁性分离超顺磁性纳米团簇。在从液体样品分离超顺磁性纳米团簇(可能承载非特异性结合于其上的微生物)之后，可分析这些纳米团簇用于证实至少一种微生物菌株已非特异性结合到其上。
所谓超顺磁性意指由初级粒度小于单(磁)畴限制(例如，对于磁铁矿来说约30纳米)的初级纳米粒子组成的铁磁材料或亚铁磁材料。在外加磁场的存在下，此类粒子可显示出远高于常规顺磁性材料的磁化率。然而(由于这种初级纳米粒子的初级粒度极小)，在不存在外加磁场的情况下，热效应可能会压制任何磁效应，使磁效应完全表现不出来，使得粒子不能表现出整体永磁性能。也就是说，在移除外部磁场时，超顺磁性材料便不会表现出任何永磁性能(就像例如由尺寸较大的粒子例如铁磁材料将表现出的那种永磁性能)。超顺磁性材料可为例如Fe2O3、Fe3O4(磁铁矿)、Fe3S4，以及类似材料。
所谓超顺磁性纳米团簇意指初级纳米粒子以初级纳米粒子的团簇的形式存在，这些团簇的形状和形式分别为或多或少的永久性(也就是说，其形状和形式在诸如使纳米团簇与液体样品接触、混合或搅拌(例如通过超声搅拌)等动作期间和之后会保持完整)。因此，超顺磁性纳米团簇由附接例如粘结在一起形成稳定结构的初级(单畴)纳米粒子(可例如为数十个、数百个、数千个或更多个)组成。因此，此类超顺磁性纳米团簇可区别于由即便在一定条件下可能会暂时聚集或聚结的初级纳米粒子制成的材料(诸如铁磁流体等)，该材料容易例如通过超声搅拌分离成单独的初级纳米粒子。本文所公开的超顺磁性纳米团簇(其最大直径可在例如50纳米至约1000纳米的范围内)还可区别于永磁粒子(即便一些此类永磁粒子的尺寸可能与一些超顺磁性纳米团簇类似)。本文所公开的超顺磁性纳米团簇还可区别于初级纳米粒子例如至少部分嵌入、封装或以类似方式位于有机聚合物材料(例如聚苯乙烯)的层或壳内。在一些具体实施例中，本文所公开的超顺磁性纳米团簇不包括有机聚合物材料(例如聚苯乙烯)的任何一部分(无论是内层、外层，还是部分涂层等)，但例如携带羧基官能团的有机聚合物除外。
在具体实施例中，超顺磁性纳米团簇可具有至少约30纳米、60纳米、100纳米、150纳米、200纳米、300纳米、400纳米或500纳米的直径。在另外的实施例中，超顺磁性纳米团簇可具有至多约1000纳米、500纳米、400纳米或200纳米的直径。
所谓羧基官能化意指羧基官能团设置在超顺磁性纳米团簇(或其上的接合层)的表面上容易被液体样品的液体组分接近的位置，同时羧基官能团所处的状态也容易被液体组分接近(例如，其中使羧基基团暴露使得它们可被例如液体样品的水分子溶剂化)。所谓羧基意指–COOH基团，应当理解，此类基团能以其中性(–COOH)形式存在，或者能以其去质子化(–COO-)形式存在，具体以何种形式存在根据例如这种基团被放置的水环境的pH。按照定义，羧基基团不包括醛、酮、酰亚胺、聚氨酯、酰胺或酯的羰基(除非当纳米团簇与液体样品接触时，此类基团(例如一定酯的羰基)可水解产生–COO-基团)，尤其是可存在于可用于形成小珠、在小珠上提供涂层等的常规高分子量有机聚合物材料(例如聚酯、聚酰胺等)中的此类羰基。所谓羧基官能化进一步意指羧基基团存在于厚度为约2nm或更小的薄层中，如下文所讨论。
如本文所公开，在使纳米团簇与液体样品接触期间，以及在从液体样品磁性分离纳米团簇期间(术语“磁性分离”实质上意指在此类过程中，不超过约10％的羧基基团可从纳米团簇分离)，羧基基团在超顺磁性纳米团簇的表面上至少基本上保持在适当的位置。实际上，在诸如洗涤超顺磁性纳米团簇等程序期间(执行这些程序的目的可能是诸如从纳米团簇附近移除未结合的材料、试剂等)，此类羧基官能团可至少基本上保持在适当的位置。在一些实施例中，至少一些羧基基团可共价结合到超顺磁性纳米团簇。然而，这不是严格必须的，只要羧基基团与超顺磁性纳米团簇的表面相关联的强度足以在本文所述的处理期间使羧基保持在适当的位置。
在一些实施例中，由于合成超顺磁性纳米团簇的方法，这种纳米团簇可能固有地包含羧基官能团。在这种类型的一些实施例中，羧基官能团可由包含羧基基团的聚合物材料(例如聚(甲基)丙烯酸、聚(甲基)丙烯酸钠等)提供，该聚合物材料存在于用于合成超顺磁性纳米团簇的反应混合物中，并且在接触步骤和磁性分离步骤期间保持与合成的超顺磁性纳米团簇相关联(并可能共价结合到其上)。在这种类型的其他实施例中，羧基官能团可通过使包含羧基基团的单体材料或低聚物材料(例如(甲基)丙烯酸钠)聚合来提供，该单体材料或低聚物材料存在于用于合成超顺磁性纳米团簇的反应混合物中，并且在合成超顺磁性纳米团簇期间聚合以形成包含羧基基团的聚合物材料。在接触步骤和磁性分离步骤期间，聚合物材料保持与合成的超顺磁性纳米团簇相关联(并可能共价结合到其上)。
在其他实施例中，在超顺磁性纳米团簇已形成之后，可将羧基官能团加入到超顺磁性纳米团簇的表面。例如，羧基官能团可作为单体材料、低聚物材料或高分子聚合物材料上的取代基存在，该材料与超顺磁性纳米团簇接触，以便变成与这种纳米团簇的表面相关联。在一些特定实施例中，这种材料可共价结合到超顺磁性纳米团簇(或共价结合到涂覆到纳米团簇表面上以有利于前述关联的材料)，这将在下文详细讨论。
超顺磁性纳米团簇可使用任何合适的方法来合成。在一些实施例中，超顺磁性纳米团簇可由称为高温水解的通用方法合成。在该方法中，铁(例如铁(III))阳离子在高温下至少减少一部分，并从溶液中沉淀出来，从而形成初级粒度在适当尺寸范围内的磁铁矿纳米团簇。此类方法(例如由Ge等人，《欧洲化学杂志》，2007年，13(25)，7153-7161(Chem.Eur.J.2007,13(25),7153-7161)所描述的)可使用例如聚丙烯酸作为封端剂，该聚丙烯酸可以在纳米粒子形成时至少部分地结合到纳米粒子的表面，并且可保持至少部分地结合到其上，并且因此，就本文所公开的目的而言，聚丙烯酸是提供羧酸官能团的现成品。在其他实施例中，超顺磁性纳米团簇可由称为水热(有时称为溶剂热)合成法的通用方法合成，在该方法中，将铁前体(例如六水合氯化铁)溶于具有多种试剂(例如乙二醇和/或二甘醇、以及丙烯酸钠和/或乙酸钠)的溶液中，将溶液加热并保持在高温下以使反应进行，并且然后将溶液冷却以获得反应产物。在此类方法中(这类方法例如由Xuan等人，《材料化学》，2009年，第21卷，5079-5087(Chem.ofMat.2009,21,5079-5087)所描述，将该文献全文以引用方式并入本文以用于所有目的)，丙烯酸钠等可用于例如约束和/或稳定生长中的纳米粒子，例如以便控制其粒度。看起来，丙烯酸钠在合成工艺期间至少一定程度上聚合(例如，以形成聚丙烯酸钠)；因此，在生产超顺磁性纳米团簇的工艺期间，该合成工艺可原位产生羧基官能低聚物材料或聚合物材料。然后就本文所公开的目的而言，可用此类羧基官能团。
虽然上述方法可能特别适用于本文提到的原因，但可使用任何合适的合成超顺磁性纳米团簇的方法(例如有机金属热解法、化学共沉淀法、胶束合成法、激光热解法)，只要选择的方法提供羧基官能团、或允许此类基团在合成纳米团簇期间或之后与纳米团簇相关联(例如接到其上)。
在一些实施例中，可将羧基官能化超顺磁性纳米团簇用于合成(并且在执行任何期望的洗涤步骤等以移除试剂或原材料之后)。在其他实施例中，超顺磁性纳米团簇的至少一些初级纳米粒子的至少一部分表面可涂覆有可促进或增强羧基官能团与纳米团簇关联的材料。这种材料还可用于增强纳米团簇的稳定性(也就是说，该材料可增强初级纳米粒子在本文所述的过程期间不以无法接受的程度从纳米团簇脱落的能力)、可用于使纳米团簇形成更接近球形的形状等等。已发现可满足所有这些目的的一种示例性材料为二氧化硅，可例如通过简单的沉积过程使其涂覆到超顺磁性纳米团簇上，在该简单的沉积过程中，可(经由水解)缩聚原硅酸四乙酯，从而在纳米团簇的一部分甚至全部初级纳米粒子上形成一层期望厚度的二氧化硅。在各种实施例中，这种二氧化硅涂层可具有至少2纳米、5纳米、10纳米、20纳米或30纳米的平均厚度。在另外的实施例中，这种二氧化硅涂层可具有至多100纳米、50纳米或20纳米的平均厚度。
这种二氧化硅涂层能够轻易充当接合层，从而允许任何合适的分子(包含例如羧基官能团)共价结合到二氧化硅涂层。例如，任何合适的含硅醇材料(诸如例如羧乙基硅烷三醇)可与二氧化硅表面接触，使得硅烷部分与二氧化硅的表面羟基基团反应以形成共价键，因此提供栓系到二氧化硅表面的羧基。在这种反应机理的变型中，使所谓的硅烷偶联剂(包含例如易于转换为反应性硅醇的基团)可与二氧化硅表面接触以获得类似的效果。因此，在特定实施例中，三甲氧基甲硅烷基丙基(乙二胺三乙酸)可经由三甲氧基甲硅烷基部分(该部分在水中水解以形成硅醇)来结合到二氧化硅表面，使每个分子留下三个羧基基团栓系到二氧化硅表面。于是形成了本文称之为包含衍生自EDTA(乙二胺四乙酸)的羧基基团的表面(应当注意，严格说来每个分子上只存在三个羧基而不是四个，因为每个分子贡献了一个羧基基团以使硅烷偶联剂部分能够结合到EDTA分子上)。
如果需要，可先将第一分子即接头分子(例如，在一端部具有硅烷偶联剂，在另一端部具有合适的反应性基团)附接到纳米团簇(例如，附接到其上的二氧化硅涂层的表面)，之后进行将第二分子即含羧基分子附接到接头分子的反应性基团。然而，此类方法可能不如例如将含羧基分子直接附接到二氧化硅表面的方法便利。
概括地说，使用此类方法时，例如二氧化硅的接合层能够涂覆到超顺磁性纳米团簇的至少一部分表面上，并且这种二氧化硅涂层随后不仅可促进羧基基团附接(无论是一般形式的羧基，还是衍生自EDTA的特殊形式羟基基团)，而且还可提供上文提及的其他有益效果。
不管超顺磁性纳米团簇是使用哪种特定方法合成的，所有此类超顺磁性纳米团簇将区别于一定常规的磁性小珠产物或超顺磁性小珠产物，这是因为本文所公开的超顺磁性纳米团簇并不完全被、或甚至部分地由任何高分子量有机聚合物材料(除可能携带羧基官能团的此类有机聚合物之外)涂覆、封装和/或嵌入其内。因此，本发明公开的超顺磁性纳米团簇区别于例如可包含磁性、顺磁性或超顺磁性纳米粒子(或甚至纳米团簇)的此类小珠，这些纳米粒子嵌入、封入或以类似方式位于聚合物材料(诸如聚苯乙烯等)中。此外，按照定义，本文所公开的羧基基团(无论是存在于例如由硅烷偶联剂提供的接头分子上，还是存在于低聚物或聚合物诸如聚丙烯酸、或丙烯酸酯单体或低聚物的反应产物上)按照定义将以平均厚度为约5纳米或更小的层存在于纳米团簇上(无论是直接存在于超顺磁性纳米团簇的纳米粒子的表面上、还是存在于这些纳米团簇的接合层的表面上)。羧基基团存在于这种薄层中将使本文所公开的羧基官能化超顺磁性纳米团簇区别于例如磁性、顺磁性或超顺磁性粒子部分或完全嵌入例如含羧基聚合物材料的较厚壳内的产物。在各种实施例中，本文所公开的超顺磁性纳米粒子的含羧基层的平均厚度可小于约2纳米、1.5纳米或1纳米。在另外的实施例中，本文所公开的超顺磁性纳米粒子的含羧基层的平均厚度可为至少约0.2纳米、0.5纳米或1纳米。
在各种实施例中，纳米团簇可包含至少约50重量％、70重量％、80重量％或90重量％的超顺磁性材料含量(剩余由羧基基团(和任何例如其上存在羧基的低聚物材料或聚合物材料)和二氧化硅(当存在时)组成)。在具体实施例中，纳米团簇可含有至少约50重量％、70重量％、80重量％或90重量％的氧化铁含量。
还应注意，在本领域中已知的多种磁性小珠或磁性粒子(甚至用羧基官能化的那些)的特征为表现出(例如，对蛋白质)较低的非特异性结合。因此，本领域普通技术人员不会期望此类小珠或粒子表现出非特异性结合本文工作实例中所记录的微生物的能力。相反，提供大多数此类羧基基团的目的例如是用于螯合金属离子，或有助于可提供与特定微生物菌株特异性结合的特定部分(例如抗体等)附接到这类小珠。
羧基官能化超顺磁性纳米团簇能以使纳米团簇易于接触液体样品的任何形式使用。例如，纳米团簇可以颗粒形式使用(例如在载液中时，该载液例如用作悬浮液或分散液)，或可被施加到载体诸如试纸(dipstick)、膜、过滤器、管、孔、板、小珠、隔膜或微流体装置的通道等。
术语“液体”样品广义上不仅用于涵盖液体和液体溶液，还用于涵盖一种或多种固体材料或半固体材料存在于(例如悬浮于、分散于、乳化于等)液体中(还应注意，这种固体材料不必稳定悬浮于液体中)的任何样品。液体也不必表现出特别低的粘度(因此，液体样品可为浆液、滤饼等，只要存在足够的液体以允许执行本文所公开的方法)。通常，液体样品可为含水样品，其中液态水占液体样品的很大一部分(例如，至少20重量％、40重量％、60重量％、80重量％、90重量％或95重量％)。
本文所公开的方法可应用于各种不同类型的液体样品，包括但不限于医学样品、环境样品、食品样品、饲料样品、临床样品和实验室样品、以及它们的组合。医学样品或兽医样品可包括例如来自生物来源的细胞、组织或流体。环境样品可例如来自医疗设施或兽医设施、工业设施、土壤、水源、食品准备区域(接触食品的区域和不接触食品的区域)、实验室、或可能已经受生物恐怖主义的区域。优选的是食品加工、处理和准备区域样品，因为这些样品在细菌性病原体导致食品供应污染方面常受到特别关注。
此类样品可直接使用，或者可在执行本方法之前，浓集(例如通过离心)或稀释(例如通过加入缓冲(pH受控)溶液)。固体或半固体形式的样品可直接使用，或者根据需要，可通过诸如例如用流体介质(例如缓冲溶液)洗涤或冲洗、或者悬浮或分散于流体介质中的方法来提取。可从表面(例如，通过擦拭或冲洗)获取样品。可用样品的示例包括食品、饮料、饮用水、任何生化方法或工业过程中用到的水、以及生物流体(例如全血或其组分)、细胞制剂(例如分散的组织、骨髓穿刺液或椎体骨髓)；细胞悬液；尿液、唾液和其他体液、以及可使用已知工序诸如使用裂解缓冲液形成的裂解制剂等等。优选的样品包括食品、饮料、饮用水、生物流体、以及它们的组合。在特定实施例中，液体样品可为来源于一种或多种食品的复杂半固体混合物(例如，将一种或多种固体或半固体食品研磨成液体而获得的浆液)。
术语“微生物”上用于代表具有适用于分析或检测的基因和/或蛋白质组学材料的任何细胞。该术语还涵盖这种微生物的可证明液体样品中已存在这种微生物(无论是完整的微生物，还是其片段)的任何片段、部分、残余物、残基等。此类片段可包括但不限于例如细胞壁及其部分。术语“菌株”意指可通过检测方法来区分的特定类型的微生物(例如，不同属的微生物，属内不同种的微生物，或种内不同的分离株或菌株的微生物)。然而，应当注意，本文所公开的方法致力于从液体样品非特异性分离任何此类微生物菌株，并且此外，本文所公开的方法不必需要始终按此方式识别任何特定菌株。
可使用本文所公开的方法从液体样品分离的微生物包括例如细菌、真菌、酵母、原生动物、病毒等、以及它们的组合。本文所公开的方法可用于病原体检测，其中病原体检测出于食品安全、医学、环境或反恐方面的原因可能很重要。该方法尤其可用于检测病原菌(例如，革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌、或它们的组合)，以及各种酵母、霉菌和支原体。
待分离的靶微生物属包括但不限于李斯特氏菌属(Listeria)、埃希氏菌属(Escherichia)、沙门氏菌属(Salmonella)、弯曲菌属(Campylobacter)、梭菌属(Clostridium)、螺杆菌属(Helicobacter)、分枝杆菌属(Mycobacterium)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、志贺氏菌属(Shigella)、肠球菌属(Enterococcus)、芽孢杆菌属(Bacillus)、奈瑟氏球菌属(Neisseria)、志贺氏菌属(Shigella)、链球菌属(Streptococcus)、弧菌属(Vibrio)、耶尔森菌属(Yersinia)、博代氏杆菌属(Bordetella)、包柔氏螺旋体属(Borrelia)、假单胞菌属(Pseudomonas)、酵母属(Saccharomyces)、假丝酵母属(Candida)等、以及它们的组合。具体微生物菌株包括大肠杆菌(Escherichiacoli)O157：H7、小肠结肠炎耶尔森菌(Yersiniaenterocolitica)、假结核耶尔森氏菌(Yersiniapseudotuberculosis)、霍乱弧菌(Vibriocholerae)、副溶血性弧菌(Vibrioparahaemolyticus)、创伤弧菌(Vibriovulnificus)、单核细胞增多性李斯特菌(Listeriamonocytogenes)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、肠道沙门氏菌(Salmonellaenterica)、酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)、白色念珠菌(Candidaalbicans)、蜡状芽孢杆菌(Bacilluscereus)、炭疽杆菌(Bacillusanthracis)、产气荚膜梭状芽孢杆菌(Clostridiumperfringens)、肉毒梭状芽孢杆菌(Clostridiumbotulinum)、艰难梭状芽胞杆菌(Clostridiumdifficile)等、以及它们的组合。
使用本文所公开的方法来分离任何此类微生物通常不针对任何特定菌株、菌种或微生物类型，并且因此，该分离操作将从液体样品分离样品中的全部微生物种群。因此，此类微生物可从液体样品中存在的这类微生物浓度水平浓缩。如果需要，然后可使用任何已知的检测方法例如使用菌株特异性探针来检测分离的微生物种群中的特定微生物菌株。因此，本文所公开的方法可用于例如检测临床样品、食品样品、环境样品或其他样品中的微生物污染物或病原体(尤其是食源性致病菌，诸如细菌)。
可使用任何合适的方法来提供超顺磁性纳米团簇与液体样品之间的接触。例如，可将超顺磁性纳米团簇(无论是例如单独的、处于载液中的，还是位于合适的载体或支持基质上的)加入到液体样品，或者反之亦然。可将涂覆有纳米团簇的试纸浸入液体样品，可将液体样品倾倒至涂覆有纳米团簇的膜上，可将液体样品倾注到涂覆有纳米团簇的管或孔，或者可使液体样品穿过涂覆有纳米团簇的过滤器(例如，织造或非织造过滤器)。可能特别方便的是，在各种容器(任选地但优选地为封端的、闭合的或密封的容器；更优选地为封端的试管、瓶或罐)中将超顺磁性纳米团簇和液体样品混合(两种物质使用任何顺序加入)。合适的容器将由具体样品决定，并且其尺寸和性质可能大不相同。可根据需要，可使用混合和/或搅拌(例如通过搅动、振荡、涡旋，或使用摇摆平台)和/或任何另一种方法有利于液体样品中的任何微生物与超顺磁性纳米团簇彼此紧靠的方法，使非特异性结合能够发生。如果需要，可在超顺磁性纳米团簇和液体样品的组合中包含一种或多种添加剂(例如裂解试剂、核酸捕集试剂、微生物生长培养基、缓冲液(例如，用来润湿固体样品)、微生物染色试剂、洗涤缓冲液(例如，用来清洗掉未结合的材料)、洗脱剂(例如，血清白蛋白)、表面活性剂(例如，可得自美国德克萨斯州休斯顿联合碳化物化学品和塑料公司(UnionCarbideChemicalsandPlastics,Houston,TX)的TritonTMX-100非离子型表面活性剂)、机械磨蚀/洗脱剂(例如，玻璃珠)等)。
并且在任何合适的条件下，可使超顺磁性纳米团簇与液体样品保持接触任何合适的时间，从而允许微生物与纳米团簇的羧基基团之间发生非特异性结合。虽然不希望受理论或机理限制，但此类非特异性结合可能部分、甚至主要通过纳米团簇上羧基基团与这种蛋白质(或蛋白质片段)之间的非特异性相互作用而发生，该蛋白质可能存在于液体样品中可能有的任何微生物的细胞壁(或细胞壁片段)上。不希望受理论或机理限制，例如纳米团簇的羧基基团与微生物或微生物片段之间的此类非特异性结合可能涉及例如静电相互作用(包括但不限于氢键结合)、疏水相互作用、或它们的任何组合。不管这种非特异性结合采取何种形式，按照定义，该结合都不涵盖任一种特异性相互作用、亲和力或结合(例如，抗原-抗体结合、酶-底物结合或受体-配体结合、互补核酸之间的结合、抗生物素蛋白或链霉抗生物素蛋白与生物素之间的结合等)。
如本文所公开的方法还包括从液体样品分离至少一些附带非特异性结合到纳米团簇的任何微生物的纳米团簇。应当理解，少量液体通常将保持与分离的纳米团簇(和可能存在的相关联的微生物)接触。因此，应当强调不必需要从全部液体样品完全分离所有的纳米团簇；也就是说，本文所公开的方法涉及的范围可从例如大致上或基本上实现纳米团簇(和结合到其上的任何微生物)从液体样品完全分离，到仅赋予液体样品中的微生物期望的浓集效果。
在适当接触时间和条件下允许超顺磁性纳米团簇和微生物(当存在时)充分结合之后，可施加磁力以从至少一些液体分离至少一些超顺磁性纳米团簇。此类磁性分离可能采取的形式为使用磁力以使至少一些超顺磁性纳米团簇移动穿过液体。或者，可使用磁力以将至少一些超顺磁性纳米团簇保持在适当的位置，同时液体样品的至少一些液体(例如上清液)移动远离纳米团簇(例如，通过滗析或虹吸，以便通过磁力使纳米团簇留在容器的表面上或容器的表面附近同时保持在该位置)。可使用这两种方法的任何期望的组合。可使用任何合适的永磁体或电磁体、或多个磁体、或它们的组合。在分离过程期间，任何一个或多个此类磁体可相对于液体样品保持静止，或者可相对于液体样品移动。此类分离过程可人工实施(例如，以分批方式)，或者可以自动进行(例如，允许执行连续或半连续处理)。也可结合磁性分离(例如，在磁性分离之前、期间或之后)使用任何其他分离方法(例如离心、过滤等)，以便增强超顺磁性纳米团簇实现的分离。
如本文的工作实例所证实的那样，已发现本发明所公开的超顺磁性纳米团簇在结合微生物(诸如例如细菌)方面效果惊人，使得这种纳米团簇即便不包含能够执行与任何此类微生物特异性结合的任何部分，也可从液体样品分离微生物。也就是说，本发明所公开的超顺磁性纳米团簇不包含任何类型的例如亲和结合基团、抗体或抗原等，并且因此据信这种超顺磁性纳米团簇通过例如经由羧基基团实现的非特异性结合实现所描述的分离。因此，在具体实施例中，纳米团簇不包含能够特异性结合到至少一种微生物菌株的任何取代基。也就是说，在此类实施例中，纳米团簇不包含被构造成与特异性靶微生物或该特异性靶微生物的一部分或片段的特定基团结合的任何抗体、抗原、模板、亲和基团、互补核酸等。换句话讲，本发明所公开的羧基官能化超顺磁性纳米团簇在某些条件下，可表现出捕集某些微生物菌株的能力可能明显优于捕集某些其他微生物菌株的能力这一事实，并不意味着纳米团簇执行与任何此类微生物特异性的结合。
一般来讲，应当注意，本文所公开的超顺磁性纳米团簇在不牺牲以可接受的效率捕集微生物的能力的前提下，可与其他(任何类型的)磁性材料相比例如实现至少基本相似、甚至更短的分离时间。也就是说，就例如捕集效率而言，本发明所公开的超顺磁性纳米团簇可表现出与其他磁性材料基本相似、或甚至比其他磁性材料更优越的性能。
在分离过程之后，可分析羧基官能化超顺磁性纳米团簇，以便检测非特异性结合到其上(或者，至少在磁性分离过程结束时非特异性结合到其上)的一种或多种微生物菌株的证据。也就是说，此类分析可显示出液体样品是否包含可检测浓度的任何此类微生物。要强调的是，并非每执行一次这种方法都必定显示出所检测的液体样品中存在的可检测浓度的微生物。也就是说，许多样品(例如，饮用水等)的检测结果可能为阴性(也就是说，结果为样品中的微生物浓度似乎低于特定的检测阈)。
该分析可通过任何合适的检测方法来执行。(根据需要，在从液体样品磁性分离纳米团簇之后，可先执行一个或多个洗涤步骤和/或其他步骤，再开始后续的分析操作，或者将一个或多个洗涤步骤和/或其他步骤作为后续的分析操作的一部分)。合适的检测方法可包括例如显微镜法(例如，使用可用于观察标记有荧光染料的微生物的透射光显微镜或落射荧光显微镜)和其他成像方法、免疫学检测方法和基因检测方法。免疫学检测是对来源于靶标生物的抗原物质进行检测，该抗原物质通常是充当细菌或病毒颗粒的表面上的标记的生物分子(例如，蛋白质或蛋白聚糖)。抗原物质通常可通过抗体、选自诸如噬菌体展示过程的多肽或来自筛选过程的核酸配体来进行检测。免疫学检测方法为人们所熟知，并且包括例如免疫沉淀法和酶联免疫吸附测定法(ELISA)。可采用多种方式(例如，用荧光染料、量子点或可产生化学发光的酶或有色底物来标记第一抗体或第二抗体，并且使用酶标仪或横流装置)来检测抗体结合。
还可通过基因分析(例如，通过核酸杂交或引物定向的扩增)来实施检测，基因分析通常是优选的方法。可使捕集或结合的微生物裂解，以得到它们的可用于分析的基因材料。裂解方法也为大家熟知，并且包括例如处理诸如超声处理，渗透压休克，高温处理(例如，约50℃至约100℃)，以及与酶诸如溶菌酶、葡萄糖酶、酵母裂解酶(zymolose)、溶细胞酶、蛋白酶K、蛋白酶E和病毒内溶素一起孵育。许多常用的基因检测分析检测特定微生物的核酸，包括DNA和/或RNA。特别有用的基因检测方法基于引物定向的核酸扩增(例如，聚合酶链反应(PCR)、实时PCR、逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)和连接酶链式反应(LCR))、以及等温法和链置换扩增法(SDA)(以及它们的组合；优选地PCR或RT-PCR)。
由于如本文所公开的羧基官能化超顺磁性粒子具备非菌株特异性用途，所以这种粒子可提供能允许针对性检测同一份液体样品中的多种微生物菌株的通用分离系统。例如，在分析食品样品的污染物时，可能期望检测同一份样品中的所有单核细胞增多性李斯特菌、大肠杆菌O157:H7和沙门氏菌。在单个捕集步骤之后接着可执行例如PCR或RT-PCR分析，该分析使用特异性引物来扩增这些微生物菌株中的每种菌株的不同核酸序列。因此，可避免针对每种菌株分别执行样品处理和制备程序的需求。
因此，在一些实施例中，可使用通用方法检测是否存在任何此类微生物，而不是分析是否存在这类微生物中的一种或多种特定菌株。一种此类方法可能涉及例如使磁性分离的超顺磁性纳米团簇与液体样品接触；从液体样品分离超顺磁性纳米团簇；任选地使纳米团簇暴露于例如裂解剂以破坏掉任何存在的细胞，从而允许细胞内容物暴露；并且然后检测例如裂解的样品是否存在ATP(三磷酸腺苷)。(在执行检测ATP之前，根据需要，可以将或不将纳米团簇从裂解的样品磁性分离。)检测这种样品可例如通过生物发光来执行。应当理解，此类方法能够显示出样品中存在大多数任何例如植物或动物微生物中的(因为所有此类微生物使用用于代谢功能的ATP)；因此，总而言之，此类方法可提供可用于检测样品中是否存在微生物的非特异性筛选检测手段。其他此类方法可为基于培养物的方法，具体可包括例如将磁性分离的超顺磁性纳米团簇镀覆到生长培养基上、培养该生长培养基、以及确定该生长培养基上是否存在细菌菌落和/或在该生长培养基上生长的细菌菌落数。可再次执行此类方法，以便进行例如非特异性筛选；或者，可针对性地分析一种或多种类型的微生物、或特定微生物菌株(例如，通过提供特异性支持某些微生物菌株长出菌落的生长培养基)。
可提供用于实施本文所述的方法的试剂盒。这种试剂盒可包含本文所公开的任何羧基官能化超顺磁性纳米团簇，这种纳米团簇呈现可与液体样品接触的任何合适的形式。当然，辅助设备和供应物诸如试剂、稀释剂、容器、搅拌仪器等也可与这种试剂盒一同供给。这种试剂盒还可包含选自微生物培养物或生长培养基、裂解试剂、缓冲液、基因检测分析组分等的一种或多种组分。可向这种试剂盒供给一个或多个磁体；或者，使用者可将此类磁体握在手中，并且搭配一系列试剂盒使用。这种试剂盒可包含使用者实施权利要求1所述的方法的说明(应当注意，这种试剂盒特别包括虚拟试剂盒，其中此类说明以电子形式而非纸质形式提供)。
示例性实施例列表
实施例1.一种方法，该方法包括：使多个羧基官能化超顺磁性纳米团簇与可能包含至少一种微生物菌株的液体样品接触；从至少一部分液体样品磁性分离至少一些羧基官能化超顺磁性纳米团簇；以及分析磁性分离的超顺磁性纳米团簇用于证实至少一种微生物菌株已非特异性结合到其上。
实施例2.根据实施例1所述的方法，其中超顺磁性纳米团簇包括高温水解合成的超顺磁性纳米团簇。
实施例3.根据实施例1所述的方法，其中超顺磁性纳米团簇包括水热合成的超顺磁性纳米团簇。
实施例4.根据实施例1至3中任一项所述的方法，其中由于合成工艺，至少一些超顺磁性纳米团簇固有地在纳米团簇的表面上包含可接近的羧基官能团。
实施例5.根据实施例4所述的方法，其中羧基官能化超顺磁性纳米团簇的羧基官能团由包含羧基基团的聚合物材料提供，这种聚合物材料以用于合成超顺磁性纳米团簇的反应混合物提供，并且在磁性分离步骤和分析步骤期间保持与合成的超顺磁性纳米团簇相关联。
实施例6.根据实施例4所述的方法，其中羧基官能化超顺磁性纳米团簇的羧基官能团通过使包含羧基基团的单体材料或低聚物材料聚合来提供，该单体材料或低聚物材料以用于合成超顺磁性纳米团簇的反应混合物提供，并且在合成超顺磁性纳米团簇期间聚合以形成包含羧基基团的聚合物材料，该聚合物材料在磁性分离步骤和分析步骤期间保持与合成的超顺磁性纳米团簇相关联。
实施例7.根据实施例6所述的方法，其中羧基官能团为丙烯酸钠的聚合的反应产物。
实施例8.根据实施例6至7中任一项所述的方法，其中多个羧基官能化超顺磁性纳米团簇包括二氧化硅涂覆的超顺磁性纳米团簇，其中二氧化硅涂层的表面已用羧基基团官能化。
实施例9.根据实施例8所述的方法，其中羧基基团为衍生自EDTA的羧基，其位于共价结合到二氧化硅涂层的表面的分子上。
实施例10.根据实施例9所述的方法，其中共价结合到二氧化硅涂层的表面的分子为N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸与二氧化硅涂层的羟基基团的反应产物。
实施例11.根据实施例1至10中任一项所述的方法，其中液体样品为含水样品。
实施例12.根据实施例1至11中任一项所述的方法，其中液体样品为来源于一种或多种食品的复杂半固体混合物。
实施例13.根据实施例1至12中任一项所述的方法，其中至少一种微生物菌株为细菌菌株。
实施例14.根据实施例1至13中任一项所述的方法，其中至少一种微生物菌株包括大肠杆菌菌株。
实施例15.根据实施例1至13中任一项所述的方法，其中至少一种微生物菌株包括单核细胞增多性李斯特菌菌株。
实施例16.根据实施例1至15中任一项所述的方法，其中分析磁性分离的超顺磁性纳米团簇用于证实至少一种微生物菌株已非特异性结合到其上通过如下方法来实施，所述方法选自基于培养的方法、显微镜法和其他成像方法、基因检测方法、免疫学检测方法、以及它们的组合。
实施例17.根据实施例1至16中任一项所述的方法，其中分析磁性分离的超顺磁性纳米团簇用于证实至少一种微生物菌株已非特异性结合到其上包括将磁性分离的超顺磁性纳米团簇设置到培养基上并且检测培养基中ATP的存在。
实施例18.根据实施例1至16中任一项所述的方法，其中分析磁性分离的超顺磁性纳米团簇用于证实至少一种微生物菌株已非特异性结合到其上包括将磁性分离的超顺磁性纳米团簇镀覆到生长培养基上，培养生长培养基，以及确定在生长培养基上生长的细菌菌落的存在、不存在或数量。
实施例19.根据实施例1至18中任一项所述的方法，其中超顺磁性纳米团簇不包含能够特异性结合到任何特定微生物菌株的任何取代基。
实施例20.根据实施例1至19中任一项所述的方法，其中超顺磁性纳米团簇共同表现出约50纳米至约200纳米的平均直径，并且其中每个超顺磁性纳米团簇包括平均直径为约5纳米至约20纳米的磁铁矿的单畴纳米粒子的集合。
实施例21.根据实施例1至20中任一项所述的方法，其中在超顺磁性纳米团簇与液体样品接触期间以及在从至少一部分液体样品磁性分离超顺磁性纳米团簇期间，超顺磁性纳米团簇基本上保持完整，并且其羧基官能团在超顺磁性纳米团簇上基本上保持在适当的位置。
实施例22.根据实施例1至21中任一项所述的方法，其中超顺磁性纳米团簇不是由任何高分子量非极性有机聚合物材料至少部分地涂覆、封装和/或嵌入其内。
实施例23.一种试剂盒，该试剂盒包含根据实施例1至22中任一项所述的多个羧基官能化超顺磁性纳米团簇并且包括用于实施至少实施例1所述的方法的说明。
实例
超顺磁性磁铁矿纳米团簇的制备
材料：
二乙二醇(DEG，试剂级)购自宾夕法尼亚州匹兹堡的飞世尔科技公司(FisherScientific(Pittsburg,PA))。无水氯化铁(III)(FeCl3，98％)购自马萨诸塞州纽伯里波特的思特莱姆化学品公司(StremChemicals(Newburyport,MA))。聚丙烯酸(PAA,Mw＝1800)、氢氧化钠(NaOH，99.9％)、六水合三氯化铁(III)(FeCl3·6H2O，97％)、丙烯酸钠、乙酸钠、乙二醇(无水，99.8％)、油酸钠(99％)、以及原硅酸四乙酯(TEOS，98％)购自密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich(St.Louis,MO))。乙醇(无水)和氢氧化铵(NH4OH，30％)购自马萨诸塞州比勒利卡的EMD化学品公司(EMDChemicals(Billerica,MA))。N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三钠盐(TMS-EDTA，水中45％)购自宾夕法尼亚州莫里斯维尔的盖勒斯特公司(Gelest(Morrisville,PA))。
样品A
超顺磁性磁铁矿(Fe3O4)纳米团簇通过根据文献工序(Ge等人，《欧洲化学杂志》，2007年，13(25)，7153-7161(Chem.Eur.J.2007,13(25),7153-7161))略作修改的高温水解方法来合成。NaOH/DEG储备溶液通过将2gNaOH溶解于20mLDEG中来制备。将该溶液在氮气下在120℃下加热1小时，并且然后冷却到70℃。在三颈烧瓶中，将0.288gPAA、17mLDEG和0.065g无水FeCl3的混合物在氮气和大力搅拌下加热到220℃持续30分钟。然后，将2.0mLNaOH/DEG储备溶液迅速注入到上述热混合物中。将该反应溶液进一步在210℃下加热1小时，并且然后冷却到室温。通过加入40mL乙醇以及离心来沉淀出合成的磁铁矿纳米团簇。将沉淀物再分散于5mL去离子水中，并且然后在加入20mL乙醇之后通过磁体来收集纳米团簇。然后，通过用乙醇沉淀以及再分散于去离子水中来将纳米团簇洗涤若干次。最终，磁铁矿纳米团簇以4mg/ml浓度分散于去离子水中。
样品B
超顺磁性磁铁矿(Fe3O4)纳米团簇通过根据文献工序(Xuan等人，《材料化学》，2009年，第21卷，5079-5087(Chem.ofMat.2009,21,5079-5087))略作修改的水热法来合成。将0.54gFeCl3·6H2O、1.5g丙烯酸钠、1.5g乙酸钠、5mL乙二醇、以及15mL二乙二醇在磁力搅拌2小时下混合在一起。将获得的均匀溶液转移到衬里的不锈钢反应容器中并且在200℃下加热15小时。通过加入40mL乙醇以及离心来沉淀出合成的磁铁矿纳米团簇。将沉淀物再分散于5mL去离子水中，并且然后在加入20mL乙醇之后通过磁体来收集纳米团簇。然后，通过用乙醇沉淀以及再分散于去离子水中来将纳米团簇洗涤若干次。最终，磁铁矿纳米团簇以10mg/ml浓度分散于去离子水中。
样品C
超顺磁性磁铁矿(Fe3O4)纳米团簇以大致类似于样品B的纳米团簇的方式合成。将获得的纳米团簇(150mg)再分散于10mL去离子水中。将20mg油酸钠通过将其在70℃下加热来溶解于5mL去离子水中。然后将Fe3O4纳米团簇分散体逐滴加入到油酸钠溶液中并且搅拌30分钟。使用去离子水将粒子洗涤两次并且将其以10mg/ml浓度再分散于去离子水中。
样品D
通过以下附加步骤，超顺磁性磁铁矿(Fe3O4)纳米团簇以大致类似于样品B的纳米团簇的方式来合成。将100mgFe3O4纳米团簇再分散于12mL去离子水中并且进一步用120mL乙醇稀释。将4mLNH4OH加入到上述溶液中并且在超声波浴槽中搅拌15分钟。然后，加入在5mL乙醇中的0.6mLTEOS并且在超声波浴槽中搅拌2小时。通过磁体将核-壳粒子从溶液分离出来并且通过去离子水洗涤两次。将100mgTMS-EDTA加入到核-壳粒子分散体中，将该核-壳粒子分散体在85℃下加热16小时。使用去离子水将EDTA接枝的核-壳粒子洗涤两次并且将其以10mg/ml的浓度再分散于去离子水中。
样品的特征
样品A-D的超顺磁性纳米团簇的尺寸的特征在于使用以300kV操作的HitachiH-9000透射电子显微镜(TEM)。将样品以20滴样品与20mL水的大致比率稀释。对稀释样品进行超声处理15分钟，并且将单滴经超声处理并稀释的样品放置在超薄碳TEM网格上并且允许其在空气中干燥。估计的尺寸取自这些TEM图像。这些图像也确认每个纳米团簇均为许多初级纳米粒子的聚集体。在液体培养基中的日常处理中，没有发现纳米团簇分段成单独的初级纳米粒子、或以其他方式使尺寸减小到任何显著程度。
如通过这些测量得到的样品A-D的纳米团簇的估计直径连同以下两种比较样品材料的供应商供给的标称尺寸列于表1中：
比较样品CS-A：包含聚丙烯酸的磁粒子(标称直径100nm)以商品名流体MAG-PAS购自德国柏林的Chemicell有限公司(ChemicellInc..(Berlin,Germany))。
比较样品CS-B：所报道的涂覆有羧酸的磁粒子(标称直径1000nm)以商品名DynabeadsMyOne羧酸购自挪威奥斯陆的英杰公司(Invitrogen(Oslo,Norway))。
表1
样品编号 尺寸(nm)
A 90
B 60
C 100
D 150
CS-A 100
CS-B 1000
羧基官能团在样品A和样品B的纳米团簇的表面上的稳定性通过测量FTIR光谱来展示。FTIR光谱使用单反射PikeSmartMIRacle锗ATR附件和DTGS检测器通过Nicolet6700系列FT-IR光谱仪以4cm-1分辨率来采集。样品A和样品B的FTIR光谱与比较样品CS-A一起取得。所有三种材料表现出位于约1560cm-1和约1405cm-1的峰，其似乎表示羧基基团的非对称和对称C-O拉伸模式。即使在用去离子水彻底洗涤之后，光谱仍保持相对稳定；因此，看起来羧基基团与纳米团簇的表面稳定地相关联。
样品的微生物性能评价
材料：
大肠杆菌(E.coli)(ATCC51813)和单核细胞增多性李斯特菌(ATCC51414)的细菌培养物的原液得自ATCC(弗吉尼亚州马纳萨斯的美国典型培养物保藏中心(AmericanTypeCultureCollection,Manassas,Va))。实验室塑料供应品和试剂以及细菌培养基被认为是来自VWR公司，除非另有说明。具体材料及其来源列于下表2中。
在使用前，将工作样品A-D使用台式超声处理单元全部进行超声处理大约5分钟，以确保材料良好分散。在使用前，将比较样品材料CS-A和CS-B利用台式涡旋混合器进行涡旋大约10秒。
表2
分离时间
碎牛肉购自本地杂货店(明尼苏达州圣保罗的Cub食品(CubFoods,St.Paul,MN))。将11克碎牛肉(15％脂肪)加入无菌的匀质袋并且与99mlButterfield缓冲液在STOMACHER400CIRCULATORLABORATORYBLENDER中以230rpm的速度共混30秒的周期以产生共混的碎牛肉样品。
将1ml体积的牛肉样品加入到无菌的1.5ml聚丙烯微量离心管。将一毫克样品C加入到管中。将管封端并手动倒置约10秒。将管放在磁性架(DynalMPC-L，挪威奥斯陆的英杰公司(Invitrogen,Oslo,Norway))上，并且注意样品的分离时间(通过目视观察显而易见)。对样品D、以及比较例CS-A和CS-B类似地进行制备和测试。观察到的分离时间列于表3中。
表3
实例编号 样品编号 分离时间(秒)
1 C 15
2 D 30
CE-1 CS-A 60
CE-2 CS-B 45
从碎牛肉捕集单核细胞增多性李斯特菌
如上所述制备共混的碎牛肉样品。将来自TSA板上的过夜划线板培养物的单核细胞增多性李斯特菌的单个菌落接种于10mlTSB中并且在37℃下在振荡培养箱(来自NBS公司(NewBrunswickScientific)的Innova44)中温育18-20小时。将包含约1×109CFU/mL的所得细菌原液在BBL中连续稀释以获得大约1×105CFU/mL接种物“李斯特氏菌属微生物悬浮液”，将其接种在共混的碎牛肉样品中以获得1×103CFU/mL“掺料牛肉样品”。(在此处以及其他地方，CFU意指菌落形成单位。)该材料用于以下实验中：
实例3：将1.0mL体积的“掺料牛肉样品”加入到包含100微升(来自4mg/ml原液)样品A的带标记的无菌5mL聚丙烯管(在此处以及其他地方，可以商品名“BDFALCON”购自新泽西州富兰克林湖的贝克顿迪金森公司(BectonDickinson,FranklinLakes,NJ))。
实例4：将1.0mL体积的“掺料牛肉样品”加入到包含200微升(来自4mg/ml原液)样品A的带标记的无菌5mL聚丙烯管。
实例5：将1.0mL体积的“掺料牛肉样品”加入到包含100微升(来自10mg/ml原液)样品C的带标记的无菌5mL聚丙烯管。
实例6：将1.0mL体积的“掺料牛肉样品”加入到包含100微升(来自10mg/ml原液)样品D的带标记的无菌5mL聚丙烯管。
比较例CE-3：将1.0mL体积的“掺料牛肉样品”加入到包含100微升(来自50mg/ml原液)比较样品CS-A的带标记的无菌5mL聚丙烯管。比较例CE-4和CE-5以与CE-3相同的方式制备和测试，不同的是在实例CE-4和CE-5中，将1.0mL体积的“掺料牛肉样品”分别加入到40微升(来自25mg/ml原液)和200微升的比较样品CS-A(相对于实例CE-3和工作实例中的100微升)。
比较例CE-6：将1.0mL体积的“掺料牛肉样品”加入到包含100微升/1mg(来自10mg/ml原液)比较样品CS-B的带标记的无菌5mL聚丙烯管。
将管封端并在摇摆平台(ThermolyneVariMix摇摆平台(爱荷华州的巴恩斯特德国际公司(BarnsteadInternational,Iowa))，14转/分钟)上保持10分钟的接触时间，然后使用磁性架(DynalMPC-L，挪威奥斯陆的英杰公司(Invitrogen,Oslo,Norway))分离超顺磁性纳米团簇(或比较样品珠)约2.5分钟。从每个管移除上层清液(方式为移取，同时超顺磁性纳米团簇(通过磁力)保持紧靠管的最靠近外部磁体的表面)，并且将磁性分离的材料重悬于100微升BBL中并镀覆于MOX板上。将来自每种上层清液样品的100微升等分试样也镀覆于MOX板上。(这使得由磁性材料实现的捕集％能够通过减法确定，因为在许多情况下，由磁性材料捕集的细胞的数量如此高以至于在镀覆磁性捕集的材料时得到“多得无法计数”的结果)。
将各种板在37℃下温育18-20小时，并且手动分析菌落计数。如上所述，>100CFU/mL的汇合生长(也称为“多得无法计数”)通常是由于将重悬的磁性材料镀覆在MOX板上导致的。因此，捕集效率通过如下替代工序来计算：将在移除磁性材料之后产生的剩余液体样品进行镀覆，从其获得菌落计数(基于镀覆的未浓缩对照样品进行适当校正)。如下进行这些计算：
对照％＝(来自镀覆的剩余样品的菌落计数/来自未浓缩对照样品的菌落计数)×100
捕集效率或捕集％＝100-对照％
捕集％的结果记录在表4中。(未浓缩对照的平均菌落计数为3765CFU/mL，不同的是在以单独的分析测试的实例CE-4中，未浓缩对照的平均菌落计数为2370CFU/mL。)
表4
实例编号 样品编号 捕集效率(％)
3 A 60
4 A 75
5 C 46
6 D 97
CE-3 CS-A 82
CE-4 CS-A 97
CE-5 CS-A 79
CE-6 CS-B 16
从水捕集大肠杆菌(通过培养分析)
将来自TSA板的大肠杆菌的过夜划线培养物(在37℃下温育)用于在3mL经过滤的蒸馏去离子水中制备0.5麦氏比浊标准。将包含1×108CFU/mL的所得细菌原液在水中连续稀释以获得大约1×105CFU/mL“大肠杆菌微生物悬浮液”，其用于以下实验中。
实例7：将1.0mL体积的大肠杆菌微生物悬浮液加入到包含250微升(来自4mg/ml原液)样品A的带标记的无菌5mL聚丙烯管。
实例8：将1.0mL体积的大肠杆菌微生物悬浮液加入到包含100微升(来自10mg/ml原液)样品B的带标记的无菌5mL聚丙烯管。
比较例CE-7：将1.0mL体积的大肠杆菌微生物悬浮液加入到包含20微升(来自50mg/ml原液)比较样品CS-A的带标记的无菌5mL聚丙烯管。
比较例CE-8：将1.0mL体积的大肠杆菌微生物悬浮液加入到包含100微升(来自10mg/ml原液)比较样品CS-B的带标记的无菌5mL聚丙烯管。
将管用石蜡膜密封并且涡旋10秒以混合。将管在摇摆平台(ThermolyneVariMix摇摆平台(爱荷华州的巴恩斯特德国际公司(BarnsteadInternational,Iowa)，14转/分钟)上保持10分钟的接触时间，然后使用磁性架(DynalMPC-L，挪威奥斯陆的英杰公司(Invitrogen,Oslo,Norway))磁性分离超顺磁性纳米团簇(或比较样品珠)约2.5分钟。移除样品，并且将磁性分离的材料重悬于1mlBBL中并镀覆在大肠杆菌板上。(通常，还镀覆上层清液，使得可以上述方式由其计算捕集％)。将板在37℃下温育18-20小时并且按照制造商的说明使用Petrifilm读板机(明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,St.Paul,MN))来分析菌落计数。
使用以下公式基于由镀覆的剩余样品和镀覆的未浓缩对照样品获得的菌落计数来计算捕集效率。
对照％＝(来自镀覆的剩余样品的菌落计数/来自未浓缩对照样品的菌落计数)×100
捕集效率或捕集％＝100-对照％
结果记录在表5中。(未浓缩对照的平均菌落计数为185,000CFU/mL。)
表5
实例编号 样品编号 捕集效率(％)
7 A 31
8 B 75
CE-7 CS-A 0
CE-8 CS-B 4
从水捕集大肠杆菌(通过ATP分析)
实例9、10、以及CE-9和CE-10以类似于实例7、8、以及CE-7和CE-8的方式制备，并且保持在摇摆平台上，并且然后使用磁性架如上所述分离。在此之后，将分离的材料重悬于来自样品制备试剂盒(可以商品名“3MCLEAN-TRACESURFACEATPSYSTEM”购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,St.Paul,MN))的50微升提取剂(裂解)溶液和500微升酶溶液中。将管的内容物在涡旋混合器(可以商品名“VWRFIXEDSPEEDVORTEXMIXER”购自宾夕法尼亚州西切斯特的VWR公司(VWR,WestChesterPA))上以约3200rpm涡旋混合约15秒。在此之后，在磁性架上分离超顺磁性纳米团簇(或比较样品珠)。也就是说，对于每个样品，虽然磁性小珠通过磁力保持紧靠管的最靠近外部磁体的表面，上层清液可经由移液管移除，并且然后加入到无菌的1.5ml聚丙烯微量离心管(VWR，目录号89000-028)。
使用台式光度计(可以商品名“20/20NSINGLETUBELUMINOMETER”购自加利福尼亚州桑尼维尔的特纳生物系统公司(TurnerBiosystems,Sunnyvale,CA)，配备有20/20nSIS软件)按相对光单位(RLU)以10秒间隔测量每个此类样品的ATP信号一分钟。如下所述分析发光值。
每种磁性材料的背景ATP水平通过下述方式测定：将相同体积的ATP试剂加入到与测试样品相同体积的材料，但不存在任何大肠杆菌。从来自测试样品的ATP信号中减去这些背景值来计算“修正的ATP信号”值，如表6中所示。针对包含105CFU的100微升水测量的ATP信号用作“105ATP信号对照”。根据下列公式由对照的修正ATP信号值来计算ATP信号％：
ATP信号％＝(修正RLU/105CFU对照的RLU)×100
结果示于表6中。另外，应当注意，实例CE-9(*)表现出比其他实例高的ATP信号标准偏差。
表6
提供上述实例仅为了清楚理解本发明。对此不应理解为不必要的限制。实例中描述的测试和测试结果仅旨在举例说明而不是预测性的，并且测试工序的变化可预计得到不同的结果。实例中所有定量值均应理解为根据所使用工序中所涉及的通常所知公差的近似值。
对于本领域的技术人员将显而易见的是，本文所公开的具体示例性结构、特征、细节、构造等在许多实施例中可修改和/或组合。(具体地讲，在本说明书中作为替代形式正面描述的所有元件可根据需要以任何组合明确地包括在权利要求中或排除在权利要求外。)本发明人设想所有此类变型形式和组合均在所设想的发明的范围内，而不仅限于被选取用作示例性例证的那些代表性的设计。因此，本发明的范围不应限于本文所述的特定说明性结构，而应该至少扩展至权利要求书的语言所描述的结构以及那些结构的等同形式。如果在所写的本说明书和以引用方式并入本文的任何文件中的公开内容之间存在冲突或矛盾之处，则以所写的本说明书为准。

Claims (23)

1.一种方法，所述方法包括：
使多个羧基官能化超顺磁性纳米团簇与可能包含至少一种微生物菌株的液体样品接触；
从至少一部分所述液体样品磁性分离至少一些所述羧基官能化超顺磁性纳米团簇；以及
分析所述磁性分离的超顺磁性纳米团簇用于证实所述至少一种微生物菌株已非特异性结合到其上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述超顺磁性纳米团簇包括高温水解合成的超顺磁性纳米团簇。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述超顺磁性纳米团簇包括水热合成的超顺磁性纳米团簇。
4.根据权利要求1所述的方法，其中由于合成工艺，至少一些所述超顺磁性纳米团簇固有地在所述纳米团簇的表面上包含可接近的羧基官能团。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述羧基官能化超顺磁性纳米团簇的羧基官能团由包含羧基基团的聚合物材料提供，所述聚合物材料以用于合成所述超顺磁性纳米团簇的反应混合物提供，并且在磁性分离步骤和分析步骤期间保持与所合成的超顺磁性纳米团簇相关联。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述羧基官能化超顺磁性纳米团簇的羧基官能团通过使包含羧基基团的单体材料或低聚物材料聚合来提供，所述单体材料或低聚物材料以用于合成所述超顺磁性纳米团簇的反应混合物提供，并且在合成所述超顺磁性纳米团簇期间聚合以形成包含羧基基团的聚合物材料，所述聚合物材料在磁性分离步骤和分析步骤期间保持与所合成的超顺磁性纳米团簇相关联。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述羧基官能团为丙烯酸钠的聚合的反应产物。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述多个羧基官能化超顺磁性纳米团簇包括二氧化硅涂覆的超顺磁性纳米团簇，其中所述二氧化硅涂层的表面已用羧基基团官能化。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述羧基基团为衍生自EDTA的羧基基团，其位于共价结合到所述二氧化硅涂层的所述表面的分子上。
10.根据权利要求9所述的方法，其中共价结合到所述二氧化硅涂层的所述表面的分子为N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸与所述二氧化硅涂层的羟基基团的反应产物。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体样品为含水样品。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体样品为来源于一种或多种食品的复杂半固体混合物。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种微生物菌株为细菌菌株。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种微生物菌株为大肠杆菌(E.coli)菌株。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种微生物菌株为单核细胞增多性李斯特菌(Listeriamonocytogenes)菌株。
16.根据权利要求1所述的方法，其中分析所述磁性分离的超顺磁性纳米团簇用于证实所述至少一种微生物菌株已非特异性结合到其上通过如下方法来实施，所述方法选自基于培养的方法、显微镜法和其他成像方法、基因检测方法、免疫学检测方法、以及它们的组合。
17.根据权利要求1所述的方法，其中分析所述磁性分离的超顺磁性纳米团簇用于证实所述至少一种微生物菌株已非特异性结合到其上包括将所述磁性分离的超顺磁性纳米团簇设置到培养基上并且检测所述培养基中ATP的存在。
18.根据权利要求1所述的方法，其中分析所述磁性分离的超顺磁性纳米团簇用于证实所述至少一种微生物菌株已非特异性结合到其上包括将所述磁性分离的超顺磁性纳米团簇镀覆到生长培养基上，培养所述生长培养基，以及确定在所述生长培养基上生长的细菌菌落的存在、不存在或数量。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述超顺磁性纳米团簇不包含能够特异性结合到任何特定微生物菌株的任何取代基。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述超顺磁性纳米团簇共同表现出约50纳米至约200纳米的平均直径，并且其中每个超顺磁性纳米团簇包括平均直径为约5纳米至约20纳米的磁铁矿的单畴纳米粒子的集合。
21.根据权利要求1所述的方法，其中在所述超顺磁性纳米团簇与所述液体样品接触期间以及在从至少一部分所述液体样品磁性分离所述超顺磁性纳米团簇期间，所述超顺磁性纳米团簇基本上保持完整，并且其羧基官能团在所述超顺磁性纳米团簇上基本上保持在适当的位置。
22.根据权利要求1所述的方法，其中所述超顺磁性纳米团簇不由任何高分子量非极性有机聚合物材料至少部分地涂覆、封装和/或嵌入其内。
23.一种试剂盒，所述试剂盒包含权利要求1所述的多个羧基官能化超顺磁性纳米团簇并且包括用于实施权利要求1所述的方法的说明。
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