CN105372226A - 一种水体中氯霉素cap的定量检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水体中氯霉素CAP的定量检测方法,先制备免疫光谱标记处理的贵金属微粒A溶液,再制备修饰有CAP抗体的磁性微粒B溶液,然后制备一系列浓度梯度的CAP样品液,将A溶液和一系列浓度梯度的CAP样品液滴到B溶液中,则样品液中的CAP和溶液A中的CAP-BSA同时与溶液B中的CAP抗体特异性结合;随后利用磁场分离磁性结合物,保留上清液,采集上清液中残留的贵金属微粒上拉曼信号示踪分子的信号,根据样品液中CAP浓度和拉曼信号强度的对应关系,绘制标准曲线,从而检测待测水样品中CAP的浓度,该方法条件温和、操作简便,检测过程快速,检测结果准确,灵敏度高,可以实现对痕量氯霉素的定量分析。

Description

一种水体中氯霉素CAP的定量检测方法
技术领域
本发明属于痕量抗生素检测技术领域,具体涉及一种水体中氯霉素CAP的定量检测方法,尤其是一种通过磁性微粒实现物理分离的拉曼光谱标记探测技术定量检测水体中氯霉素CAP的方法。
背景技术
氯霉素(Chloramphenicol,CAP)是一种抑菌性广谱抗生素,且是世界上首种完全由合成方法大量制造的广谱抗生素。其对很多不同种类的微生物均起显著作用。但由于其会引起致命的再生不良性贫血这一副作用,因此目前已被国际上大部分国家禁用。但近年来常有抗生素污染事件发生,因此准确快速检测抗生素(氯霉素)具有非常重要的意义。目前,氯霉素的检测主要有色谱-质谱联用、酶联免疫等方法。色谱-质谱联用法由于操作繁琐、成本高、分析速度慢等缺点无法得到普遍推广。而酶联免疫试剂盒虽然选择性好、操作方便,但价格昂贵、贮藏条件苛刻,假阳性比较高,并且检测限较高,满足不了快速准确的检测要求。
作为一种近几年快速发展的分析检测手段,表面增强拉曼标记技术是一种非常新颖的光谱标记方法,其相对于其他检测方法的优势主要体现在:①检测条件温和、简便,可以方便的用于水溶液检测;②增强因子最高可达1014~1015,具有超高的检测灵敏度,可以实现单分子检测;③高度的分子特征性,可以在极其复杂的体系中仅仅增强表面的目标分子或基团,具有很好的选择性。
在传统的拉曼光谱免疫分析检测中,最常用的检测基底为固相基底。该种技术涉及到众多且重复的对于固相基底的清洗步骤;在固相基底上,检测物与检测试剂之间所需要的结合时间过长,效率低。同时,通过清洗的方法来去除未参与反应的残留的示踪分子,这一过程并不能保证残留物的彻底清除,对于后续的信号检测会产生干扰。
此外,早前关于拉曼光谱免疫分析的研究主要集中在蛋白质、DNA、微生物检测等方面,这些大分子物质一般具有多个结合位点,能够很好的适用于传统的三明治结构。而氯霉素是一种典型的小分子物质,缺少多个结合位点,采用拉曼免疫分析中传统的“三明治”结构难以对其实现检测。基于拉曼光谱分析技术的优点,因此,发展一种新的应用拉曼光谱标记技术简单快速检测氯霉素的方法显得十分重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水体中氯霉素CAP的定量检测方法,该检测方法温和、简便,检测的灵敏度更高,检测区间广。
因此,本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的:一种水体中氯霉素CAP的定量检测方法,包括以下步骤:
(1)将拉曼信号示踪分子和CAP-BSA结合到贵金属微粒表面,制备成免疫光谱标记处理的贵金属微粒A溶液,其中BSA为牛血清白蛋白;
(2)采用活化剂活化表面修饰有羧基的磁性微粒,随后加入CAP抗体,制备成修饰有CAP抗体的磁性微粒B溶液;
(3)选取CAP标准溶液,用三蒸水稀释制成一组具有浓度梯度的样品液;
(4)将步骤(1)中的A溶液和步骤(3)的一组具有浓度梯度的样品液中的每一份分别加入到步骤(2)得到的B溶液中,则样品液中的CAP和A溶液中的CAP-BSA同时与溶液B中的CAP抗体特异性结合;
(5)利用磁场分离磁性结合物,保留上清液,用显微拉曼光谱仪对上清液中残留的贵金属微粒上拉曼信号示踪分子进行信号采集,根据步骤(3)的样品液中CAP浓度和拉曼信号强度的对应关系,绘制标准曲线;
(6)取待测水样品,经过滤、离心除杂,并用三蒸水稀释以消除基质影响后,根据该待测水样品获得的拉曼光谱信号强度,代入步骤(5)中的标准曲线读出CAP的浓度,乘以相应的稀释倍数即为待测水样品中CAP的浓度。
在上述水体中氯霉素CAP的定量检测方法中:
步骤(1)中所述的拉曼信号示踪分子优选为4,4'-联吡啶,该分子一边可以连接在贵金属微粒表面,另一边可以和CAP抗体相连,是双官能团标记分子。
步骤(1)中将拉曼信号示踪分子和CAP-BSA结合到贵金属微粒表面后,再采用BSA封闭剩余活性位点,其中剩余活性位点是指贵金属微粒表面未结合拉曼信号示踪分子和CAP-BSA的部分。
步骤(1)中所述的贵金属微粒为胶体金;其平均粒径优选为30~35nm。
步骤(1)中免疫光谱标记处理的贵金属微粒的制备方法可参考2011年10月19日公开的中国专利“应用竞争性表面增强拉曼散射检测克伦特罗的方法及应用”,公开号102221542A。仅把CAP-BSA换成克伦特罗抗体。
步骤(2)中所述的表面修饰有羧基的磁性微粒为表面修饰有羧基的四氧化三铁Fe3O4,其粒径优选为400~500nm。
步骤(2)中所述的活化剂优选为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)。
步骤(3)中所述的CAP标准溶液的浓度优选为0.05~1mg/mL。
步骤(3)中所述的一组具有浓度梯度的样品液优选为含有0、1、10、100、1000和10000pg/mL的CAP溶液,其中,0pg/mL为对照。
步骤(4)中所述的A溶液的浓度优选为0.95~1.05mmol/L,其与样品液的体积比优选为4.5~5.5:1,所述的B溶液的浓度优选为0.4~0.6mg/mL,其与所述的A溶液的体积比优选为1:1.0~1.25。
溶液A和不同浓度样品液的比例会影响最低检测限的大小;而溶液A和溶液B的比例会影响到背景信号的大小,因此需要对三者之间的用量关系进行研究,本发明经过试验发现,当采用上述比例的用量关系时,最低检测限和背景信号大小合适。
步骤(5)和步骤(6)中所述的拉曼信号强度是通过显微拉曼光谱仪测得;所述的显微拉曼光谱仪的操作条件优选为激发光源是波长为632.8nm的He-Ne激光器,到达样品的激光功率为1mW,信号收集时间为10~60s。
步骤(5)中所述的拉曼信号强度是选取拉曼信号示踪分子的特征拉曼谱峰作为定量峰,并以CAP浓度对该谱峰光谱强度作图,线性拟合,并以此绘制标准曲线。
步骤(6)中所述的拉曼信号强度也是选取拉曼信号示踪分子的特征拉曼谱峰作为定量峰。
本发明步骤(5)中是通过检测溶液的拉曼光谱信号得到相应的结果,相比于传统的检测固相基底的方法,溶液中的拉曼光谱信号检测数据更加稳定可靠且可大量重复。
本发明步骤(5)中是利用磁场物理作用分离磁性结合物与上清液,相比于传统的清洗固相基底来去除残留物的步骤,此方法更加简便、高效。
本发明中的水体中氯霉素CAP的定量检测方法,是将CAP与免疫光谱标记处理的贵金属微粒(微粒A)依次添加到修饰CAP抗体的磁性微粒(微粒B)溶液中,CAP和溶液A中的CAP-BSA同时与溶液B中的CAP抗体特异性结合,反应结束后,通过磁场物理分离,保留上清液,通过显微光谱仪检测上清液中残留的贵金属微粒上示踪分子的拉曼光谱信号,根据检测信号相对强度与CAP浓度的一一对应关系,间接测得氯霉素溶液的浓度,实现对CAP的定量检测。
工作原理是:在收集时间一定的情况下,对于同一种拉曼信号示踪分子,信号强度和免疫光谱标记处理贵金属微粒上示踪分子的浓度成正相关,正是在此基础上实现了定量检测。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
(1)本发明将免疫光谱标记处理的贵金属微粒用于CAP的定量检测,将拉曼光谱信号强度和物质的浓度联系起来,类似于朗伯比尔定律,从而实现定量检测;
(2)传统的表面增强拉曼散射只能检测含有多个结合位点的分子,即形成典型的三明治结构,对于像CAP这种小分子半抗原却检测不了,本发明可以弥补这种方法的不足,实现小分子检测,因此本发明对环境监测与保护将会有重要作用;
(3)本发明是通过检测溶液的拉曼光谱信号得到相应的结果,相比于传统的检测固相基底的方法,溶液中的拉曼光谱信号检测数据更加稳定可靠且可大量重复;
(4)本发明利用磁场物理作用分离磁性结合物与上清液,相比于传统的清洗固相基底来去除残留物的步骤,此方法更加简便、高效;
(5)本发明得到了一个宽的检测区间(1~10000pg/mL)和低的检测限(1pg/mL);
(6)本发明操作简单,免疫光谱标记处理的贵金属微粒与修饰CAP抗体的磁性微粒溶液都可以提前准备好,操作时只需将待测样品与免疫光谱标记处理的贵金属溶液一起加入到磁性微粒溶液中反应,反应结束后可以马上进行检测,这可以满足环境监测部门的要求,具有广泛的实用性。
附图说明
图1为实施例1中快速定量检测氯霉素的方法流程示意图;
图2为实施例1中制备的粒径约为30nm胶体金的透射电镜图;
图3为实施例1中使用不同浓度的氯霉素标准溶液得到的拉曼信号光谱图;
图4为实施例1中标准溶液中氯霉素检测的曲线图;其中,横坐标代表氯霉素的浓度(横坐标是浓度的log10),纵坐标代表水体中不同浓度的氯霉素的拉曼信号强度;
图5为实施例1中已知浓度的水体中氯霉素检测的曲线图;
图6为实施例2中未知浓度水体中的氯霉素的拉曼信号光谱图;
图7为实施例3中未知浓度水体中的氯霉素的拉曼信号光谱图;
图8为实施例4中氯霉素特异性检测的拉曼信号强度图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
下面实施例中,未注明具体条件和环境的实验方法,通常按照常规条件,或制造厂商所建议的条件。本发明中DP为拉曼信号示踪分子4,4'-联吡啶;BSA为牛血清白蛋白;CAP为氯霉素;CAP-BSA表示CAP与BSA的偶联物;BB表示硼酸盐缓冲液;PBS表示磷酸盐缓冲液;EDC表示1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐;NHS表示N-羟基琥珀酰亚胺。
实施例1
如图1所示,本实施例提供的水体中氯霉素CAP的定量检测方法,包括以下步骤:
(1)贵金属微粒的制备
在不断搅拌下将100mL1mM的氯金酸(HAuCl4)溶液加热至沸腾,然后加入6mL38.8mM的柠檬酸三钠水溶液。此时溶液的颜色变化是:淡黄-无色-黑色-紫色-深红色,等溶液变成深红色继续加热回流15~20min。最后冷却至常温,制备得到30nm的贵金属(胶体金)微粒溶液,其透射电镜图参见图2。
免疫光谱标记处理贵金属溶液的制备
取1mL步骤(1)新鲜制得的贵金属溶液(浓度约为1mmol/L),放入EP管中,加入30μL摩尔浓度为0.01mM的拉曼信号示踪分子4,4'-联吡啶DP(购自Sigma试剂公司),常温下(25~30℃)反应10min后,12000rpm离心5min,去除上清液,沉淀用2mM硼酸盐缓冲液BB(pH=8.2)缓冲液1mL分散,得到分散溶液。在分散的溶液中加入6μLCAP-BSA(购自深圳市豪地华拓生物科技有限公司,其浓度为0.5mg/mL)反应2h。然后,在4℃环境下12000rpm离心10min,去上清液,沉淀用2mMBB(pH=8.2)缓冲液1mL分散。最后加入20μL质量百分数2.5%BSA(购自Sigma试剂公司)反应1h后,在4℃环境下12000rpm离心10min,去除上清液,沉淀用10mMPBS(pH=7.4)缓冲液分散,则得到所需的免疫光谱标记处理的贵金属微粒A溶液,在4℃环境下保存待用。
(2)修饰抗体的磁性微粒的制备
取100μL表面修饰有羧基的四氧化三铁Fe3O4,购自阿拉丁试剂(上海)有限公司,用PBS清洗两次,最后用PBS定容至500μL。然后配制EDC(4mg/mL)和NHS溶液(1mg/mL),首先向上述磁珠溶液加入30μL的EDC溶液,5~7min后加入同样体积的NHS溶液,20~30min,整个过程需要不断的搅拌。然后用PBS清洗上述磁珠两次,之后用PBS重悬,随后,加入8μL的氯霉素抗体(购自深圳市豪地华拓生物科技有限公司),反应1.5~2h以后,加入50μL的BSA(质量百分含量为2~3%,较佳为2.5%),封闭未结合的位点。1~2h(较佳为1h)以后,用PBS清洗上次磁珠两次,重悬备用,即得到修饰有氯霉素抗体的磁性微粒B溶液。B溶液的浓度约为0.5mg/mL。
(3)样品溶液的制备
采用购自深圳市豪地华拓生物科技有限公司的CAP标准溶液,稀释配制一组具有浓度梯度的样品液,该CAP标准溶液的初始浓度大约为0.05~1mg/mL,采用三蒸水稀释,配制一组6个含有0、1、10、100、1000和10000pg/mL的CAP的样品液,其中0pg/mL为对照组。
(4)免疫光谱标记处理的贵金属微粒和待测氯霉素同时与修饰氯霉素抗体的磁性微粒特异性结合
将每组CAP样品溶液中的每一份(20μL)和免疫光谱标记处理的贵金属微粒A溶液(100μL)依次加入到修饰CAP抗体的磁性微粒B溶液中,B溶液与A溶液的体积比为1:1.0,CAP样品溶液与免疫光谱标记处理的贵金属微粒同时与修饰氯霉素抗体的磁性微粒特异性结合。在常温(25~30℃)下反应2h后,将反应容器置于磁力架上,利用其磁场物理作用,分离出反应容器中的磁性结合物,保留上清液。
用日本NipponOpticalSystem公司的显微拉曼光谱仪,对上清液中残留的免疫光谱标记处理的贵金属微粒上拉曼信号示踪分子进行信号采集,显微拉曼光谱仪的操作参数为:激发光源是波长为632.8nm的He-Ne激光器,到达样品的激光功率为1mW,信号收集时间为30s。选信号采集完毕后通过Origin软件对数据进行基线处理,得到清晰直观的拉曼信号光谱图,参见图3。
从图3中可以明显地看到,随着样品中CAP浓度的提高,采集的拉曼信号逐渐升高,相比于0pg/mL处的信号强度,1~10000pg/mL的强度有一个明显的上升趋势,表明在这一区间内能够进行有效的定量分析。
进一步的,根据CAP浓度和拉曼信号强度的对应关系,选取拉曼信号示踪分子的特征拉曼谱峰作为定量峰,可以绘制两者之间一一对应的标准曲线,同时建立相应的线性方程,线性方程为y=275.48+515.96X,R2=0.996,参见附图4。
(6)取已知浓度的水体样品,经过过滤、离心,并用三蒸水稀释40倍以消除基质影响(该已知浓度的水体稀释液中CAP的浓度分别为5、50、500和5000pg/mL)。根据该实际水体样品获得的拉曼光谱信号强度,从图4中的标准曲线读出对应的CAP的浓度,乘以相应的稀释倍数即为待测样品中CAP的实际浓度。根据本实施例中的线性方程得出的实际水体样品的浓度如下表1中所示。
以稀释液中CAP浓度的对数为横坐标,以拉曼光谱信号强度值为纵坐标,得到CAP浓度与拉曼光谱信号强度值的对应关系,其很好的符合了实施例1中标准情况下的线性曲线,参见图5。该结果说明了本发明方法的实用性。
表1实际水体样品中CAP浓度和采用本实施例方法测得的CAP浓度
已知CAP浓度(pg/mL) 实测CAP浓度(pg/mL) 回收率(%) 相对标准偏差(%)
5 4.18 83.6 14.4
50 40.71 81.42 11.8
500 414.47 82.89 9.9
5000 4846 96.92 9.7
实施例2
取珠江广州段水体(近养殖场),操作方法与实施例1相同,测的其拉曼谱图如图6所示(实验三次),信号强度均值为2009(a.u.),代入实施例1中的线性方程,得到该实际水体中氯霉素的浓度为2.29ng/mL。
实施例3
取山泉水(采自火炉山脚),操作方法与实施例1相同,测的其拉曼谱图如图7所示(实验三次),信号强度均值为309(a.u.),该信号强度值与背景信号强度比较接近,可以认为该地水源中不含有氯霉素。
实施例4
为了说明本发明的特异性,分别制备磺胺甲恶唑和诺氟沙星标准溶液,其浓度分别为0、10、100和1000pg/mL,具体实施步骤参照实施例1;根据溶液浓度与信号强度做出柱形图,参见附图8,说明该发明方法具有很强的特异性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水体中氯霉素CAP的定量检测方法,其特征是包括以下步骤:
(1)将拉曼信号示踪分子和CAP-BSA结合到贵金属微粒表面,制备成免疫光谱标记处理的贵金属微粒A溶液,其中BSA为牛血清白蛋白;
(2)采用活化剂活化表面修饰有羧基的磁性微粒,随后加入CAP抗体,制备成修饰有CAP抗体的磁性微粒B溶液;
(3)选取CAP标准溶液,用三蒸水稀释制成一组具有浓度梯度的样品液;
(4)将步骤(1)中的A溶液和步骤(3)的一组具有浓度梯度的样品液中的每一份分别加入到步骤(2)得到的B溶液中,则样品液中的CAP和A溶液中的CAP-BSA同时与溶液B中的CAP抗体特异性结合;
(5)利用磁场分离磁性结合物,保留上清液,用显微拉曼光谱仪对上清液中残留的贵金属微粒上拉曼信号示踪分子进行信号采集,根据步骤(3)的样品液中CAP浓度和拉曼信号强度的对应关系,绘制标准曲线;
(6)取待测水样品,经过滤、离心除杂,并用三蒸水稀释以消除基质影响后,根据该待测水样品获得的拉曼光谱信号强度,代入步骤(5)中的标准曲线读出CAP的浓度,乘以相应的稀释倍数即为待测水样品中CAP的浓度。
2.根据权利要求1所述的水体中氯霉素CAP的定量检测方法,其特征是:步骤(1)中所述的拉曼信号示踪分子为4,4'-联吡啶。
3.根据权利要求1所述的水体中氯霉素CAP的定量检测方法,其特征是:步骤(1)中将拉曼信号示踪分子和CAP-BSA结合到贵金属微粒表面后,再采用BSA封闭剩余活性位点,其中剩余活性位点是指贵金属微粒表面未结合拉曼信号示踪分子和CAP-BSA的部分。
4.根据权利要求1所述的水体中氯霉素CAP的定量检测方法,其特征是:步骤(1)中所述的贵金属微粒为胶体金,其平均粒径为30~35nm。
5.根据权利要求1所述的水体中氯霉素CAP的定量检测方法,其特征是:步骤(2)中所述的活化剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺。
6.根据权利要求1所述的水体中氯霉素CAP的定量检测方法,其特征是:步骤(2)中所述的表面修饰有羧基的磁性微粒为表面修饰有羧基的四氧化三铁Fe3O4,其粒径为400~500nm。
7.根据权利要求1所述的水体中氯霉素CAP的定量检测方法,其特征是:步骤(3)中制成一组具有浓度梯度的样品液的浓度分别为0、1、10、100、1000和10000pg/mL。
8.根据权利要求1所述的水体中氯霉素CAP的定量检测方法,其特征是:步骤(4)中所述的A溶液的浓度为0.95~1.05mmol/L,其与样品液的体积比为4.5~5.5:1,所述的B溶液的浓度为0.4~0.6mg/mL,其与所述的A溶液的体积比为1:1.0~1.25。
9.根据权利要求1所述的水体中氯霉素CAP的定量检测方法,其特征是:步骤(5)和步骤(6)中所述的显微拉曼光谱仪的操作参数为:激发光源是波长为632.8nm的He-Ne激光器,到达样品的激光功率为1mW,信号收集时间为10~60s。
10.根据权利要求1所述的水体中氯霉素CAP的定量检测方法,其特征是:步骤(5)中所述的拉曼信号强度是选取拉曼信号示踪分子的特征拉曼谱峰作为定量峰,并以步骤(3)的样品液中的CAP浓度对该谱峰光谱强度作图,线性拟合,并以此绘制标准曲线;步骤(6)中所述的拉曼信号强度也是选取拉曼信号示踪分子的特征拉曼谱峰作为定量峰。
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