CN109406779B - 基于气压计的免疫传感器快速分析水中大肠杆菌中的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于气压计的免疫传感器快速分析水中大肠杆菌中的方法,包括以下步骤:(1)、制备大肠杆菌抗体和磁珠复合物(Ab@cMB);(2)、制备大肠杆菌抗体和催化剂复合物(PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab);(3)、制备夹心型大肠杆菌免疫传感器;(4)、用压力机作为信号输出。与现有技术相比,本发明经过反复试验成功的设计并构建了一种基于气压计的新型免疫传感器:用于快速分析水中大肠杆菌的应用,该方法不仅简单、安全、可行,而且所得的检测限可以满足环境中大肠杆菌的痕量检测,可广泛用于大肠杆菌的检测分析研究。
Description
技术领域
本发明属于免疫分析方法技术领域,涉及一种基于气压计的免疫传感器快速分析水中大肠杆菌中的方法。
背景技术
大肠杆菌引起的各种水传播疾病引起了人们越来越多的关注,特别是在夏季,例如在年轻人和免疫功能低下者中出现的出血性结肠炎和溶血性尿毒综合症。通常,在症状出现后延迟治疗可能会导致患者健康状况的快速恶化。因此,早期从水中检测细菌对于保护公众的健康是非常重要的。
目前大肠杆菌分析主要依赖于菌落计数方法,但这种方法的缺点(经过培训的人员需求,复杂和耗时的程序)严重阻碍了其在饮用水中对大肠杆菌评估的进一步应用。相反,免疫测定方法显示出了低成本,简单和快速分析的明显优势。然而,传统的酶联免疫吸附测定(ELISA)不能满足在极低浓度下对细菌定量分析的要求,此外,还需要庞大且昂贵的样品测量检测系统。因此,亟需一种可快速分析、操作简单、携带便捷的适于分析水中大肠杆菌的方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于气压计的免疫传感器快速分析水中大肠杆菌中的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种基于气压计的免疫传感器快速分析水中大肠杆菌中的方法,包括以下步骤:
(1)Ab@cMB的制备:
取Ab(抗大肠杆菌抗体)、MES(2-(N-吗啉基)乙磺酸)和EDC加入到cMB(羧基磁性微球)溶液中,摇动反应,除去未结合的Ab,分离洗涤,即得到Ab@cMB,再分散于PBS中储存备用;
(2)PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab的制备:
取Ab加入到PS@PEI@CAT@AuNPs溶液中保持过夜,离心分离洗涤,得到PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab,再分散于PBS中储存;
(3)夹心型大肠杆菌免疫传感器的构建:
取不同浓度的大肠杆菌溶液加入到步骤(1)所制备的Ab@cMB溶液中,反应,再使用磁体解离上层清液,洗涤除去过量大肠杆菌,再加入步骤(2)所制备的PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab,反应,所得产物分离洗涤后,得到夹心型大肠杆菌免疫传感器,再置于PBS中储存备用;
(4)再取步骤(3)所制备的夹心型大肠杆菌免疫传感器与H2O2混合反应,产生氧气,再将所产生氧气通入压力计中,测定压力变化值,即得到不同浓度的大肠杆菌-压力变化值的标准工作曲线;
(5):取待测水体按相同条件重复步骤(3)-步骤(4),构建夹心型大肠杆菌免疫传感器与H2O2混合反应产生氧气,再通入压力计中测定出压力变化值,最后,根据步骤(4)得到的标准工作曲线即可分析得出待测水体中的大肠杆菌浓度。
进一步的,步骤(1)中,Ab的浓度为1ng/mL,MES的浓度为0.05mmol/L(优选的,MES中还含有0.05wt%的吐温20),EDC的浓度为0.01mmol/L,cMB溶液的浓度为1mg/mL;
Ab、MES、EDC、cMB溶液和分散用的PBS的添加量之比为5μL:1mL:1mL:300μL:2mL。
进一步的,步骤(1)中,摇动反应的时间为2h。
进一步的,步骤(2)中,Ab的浓度为1ng/mL,PS@PEI@CAT@AuNPs溶液的浓度为2mg/mL,Ab、PS@PEI@CAT@AuNPs溶液与分散用的PBS的添加量之比为10μL:2mL:4mL。
进一步的,步骤(2)中,合成了具有强磁性的PS@PEI纳米球,并将过氧化氢酶(CAT)和AuNPs成功偶联在纳米磁珠PS@PEI上,获得PS@PEI@CAT@AuNPs,再将抗体Ab偶联PS@PEI@CAT@AuNPs上,制备PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab.更进一步的,具体合成步骤如下:将1,1'-二茂铁二羧酸(Fe-COOH,8mg)溶解在甲醇(5mL)中,在阳光下反应2小时后,可以观察到溶液的颜色从黄色变为灰色。离心并洗涤后,获得聚合纳米球PS并保存在PBS(pH=7.0),备用。然后,取2mL PS溶液与1mL PEI(4mg/mL)在室温下振荡混合2h,反应结束后,将制备的PS@PEI离心并用去离子水洗涤三次,重置于PBS中备用。然后将5μL(1mg/mL)CAT,1mL MES(0.05mmol/L,含有0.05%吐温20)和1mL EDC(0.01mmol/L)加入到PS@PEI溶液中,摇动2小时,通过静电吸附,得到PS@PEI@CAT稳定结构。离心并用去离子水洗涤后,将PS@PEI@CAT分散在PBS溶液中。然后取2mL AuNPs加入PS@PEI@CAT溶液中,摇动2h后,用相同的方法获得PS@PEI@CAT@AuNPs。
进一步的,步骤(3)中,大肠杆菌溶液、Ab@cMB溶液、PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab与储存用的PBS的体积比为1:1:1:1。
进一步的,步骤(3)中,大肠杆菌溶液加入Ab@cMB溶液后,反应的温度约为37℃,时间约为40min;
加入PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab后反应的时间约为40min。
进一步的,步骤(4)中,H2O2的浓度为30wt%,H2O2与夹心型大肠杆菌免疫传感器溶液的体积比为1:1。
进一步的,步骤(4)中,供夹心型大肠杆菌免疫传感器与H2O2混合反应的装置为采用密封盖封住的反应瓶,所述的压力计为两端开口的U型气压计,所述反应瓶通过穿过密封盖的气管连接U型气压计的一端开口。
本发明构建的传感器的原理:本发明主要以夹心免疫分析法为大肠杆菌(E-coli)的富集方法,以反应体系中的过氧化氢酶催化过氧化氢分解导致气压计内液面的变化为检测信号,实现对样品中E-coli的分析检测,具体过程如下:首先,将抗大肠杆菌抗体标记在羧基化磁性纳米粒子形成Ab@cMB复合物,由于抗体的特异性,样品中的E-coli可以被特异性吸附在Ab@cMB上形成E-coli@Ab@cMB,在磁体作用下,样品中的E-coli被大量富集,富集后的E-coli@Ab@cMB洗涤复溶于PBS缓冲液中,向反应体系加入PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab,通过夹心免疫识别作用,溶液中的E-coli@Ab@cMB被PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab识别,形成免疫复合物PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab@E-coli@Ab@cMB,继续在磁力作用下进行分离、洗涤、提纯,向提纯的免疫复合物中加入浓度为30%的H2O2溶液,在CAT和AuNPs作用下,H2O2分解产生O2,使得气压计读数发生变化,实现对大肠杆菌的分析测定。实验中涉及的量都是在条件优化的基础上选择的,在最优条件下,该免疫传感器的检测灵敏度才会达到最高,检测效果才会最好。
与现有技术相比,本发明经过反复试验成功的设计并构建了一种基于气压计的新型免疫传感器:用于快速分析水中大肠杆菌的应用,该方法不仅简单、安全、可行,而且所得的检测限可以满足环境中大肠杆菌的痕量检测,可广泛用于大肠杆菌的检测分析研究。
附图说明
图1为本发明所构建的夹心型大肠杆菌免疫传感器与H2O2的反应机理图;
图2为反应瓶与气压计的示意图;
图3为夹心型大肠杆菌免疫传感器标准曲线的建立。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下各实施例中,所用的Ab、cMB溶液分别购置于北京博奥森生物技术有限公司和南京先丰纳米材料科技有限公司;
PS@PEI@CAT@AuNPs溶液的合成步骤为:先合成了具有强磁性的PS@PEI纳米球,并将过氧化氢酶(CAT)和AuNPs成功偶联在纳米磁珠PS@PEI上,获得PS@PEI@CAT@AuNPs,再将抗体Ab偶联PS@PEI@CAT@AuNPs上,制备PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab,具体合成步骤如下:将1,1'-二茂铁二羧酸(Fe-COOH,8mg)溶解在甲醇(5mL)中,在阳光下反应2小时后,可以观察到溶液的颜色从黄色变为灰色。离心并洗涤后,获得聚合纳米球PS并保存在PBS(pH=7.0),备用。然后,取2mL PS溶液与1mL PEI(4mg/mL)在室温下振荡混合2h,反应结束后,将制备的PS@PEI离心并用去离子水洗涤三次,重置于PBS中备用。然后将5μL(1mg/mL)CAT,1mL MES(0.05mmol/L,含有0.05%吐温20)和1mL EDC(0.01mmol/L)加入到PS@PEI溶液中,摇动2小时,通过静电吸附,得到PS@PEI@CAT稳定结构。离心并用去离子水洗涤后,将PS@PEI@CAT分散在PBS溶液中。然后取2mL AuNPs加入PS@PEI@CAT溶液中,摇动2h后,用相同的方法获得PS@PEI@CAT@AuNPs。
其余原料或处理工艺,如无特别说明,则表明采用的为本领域的常规市售产品或常规处理工艺技术等。
实施例1
(1)步骤1、Ab@cMB的制备如下:将5μL Ab(1ng/mL),1mL MES(0.05mmol/L,含0.05wt%的吐温20)和1mL EDC(0.01mmol/L)加入300μL cMB溶液中摇动2小时后,使用磁铁除去未结合的Ab。在磁力分离并洗涤三次后获得Ab@cMB。最后,将制备的Ab@cMB悬浮于2mLPBS中并在4℃下储存;
(2)PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab的制备如下:在将10μL Ab加入到2mL PS@PEI@CAT@AuNPs溶液中并保持过夜后,获得PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab。通过离心和洗涤步骤,将PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab分散在4mL PBS中并在4℃下储存;
(3)夹心型大肠杆菌免疫传感器的构建如下:将100μL不同浓度(102、103、104、105、106、107cfu/mL)的大肠杆菌DH-5加入到100μL Ab@cMB中,其在37℃的恒温下反应40min。同时,使用磁体解离上层清液,并且洗涤以除去过量的大肠杆菌,通过磁体收集溶液中的E-coli@Ab@cMB(大肠杆菌沉积物:通过附着在cMB上的抗大肠杆菌抗体和大肠杆菌的特异性识别作用,选择性捕获大肠杆菌,在磁体作用下,样品中的大肠杆菌被富集分离提纯,获得的复合物即为悬浮物或称大肠杆菌沉积物)。然后,将Ab@cMB@E-coli(大肠杆菌沉积物)复溶在100μL PBS中,继续向其中加入PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab,通过抗原抗体夹心反应捕获Ab@cMB@E-coli,40min后,将获得的夹心型大肠杆菌免疫传感器(PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab@E-coli@Ab@cMB混合物)洗涤三次并复溶在100μL PBS中备用;
(4)用压力机作为信号输出:使用注射器分别将100μL 30%H2O2和100μL夹心复合物(即上述步骤配制保存的传感器的PBS溶液)添加到反应器1中。参见图1所示,夹心免疫传感器可以有效地催化H2O2以产生大量的氧气(O2),通过将插管连接反应器1与U型气压计2,如图2所示,U型气压计2两个管之间产生液面差以实现信号的输出和放大,然后,根据测定的压力信号再与对应的传感器的浓度建议标准工作曲线(如图3)。
(5)根据步骤(3)和(4)中具体步骤对实际水样进行测定,测定结果如表1所示。
表1.大肠杆菌样品加标回收实验(n=3).
可见,采用本发明的分析方法可以快速准确的实现对水体中大肠杆菌的检测分析,且方法操作简单,所需设备携带方便。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于气压计的免疫传感器快速分析水中大肠杆菌中的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)Ab@cMB的制备:
取Ab、MES和EDC加入到cMB溶液中,摇动反应,除去未结合的Ab,分离洗涤,即得到Ab@cMB,再分散于PBS中储存备用;
(2)PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab的制备:
取Ab加入到PS@PEI@CAT@AuNPs溶液中保持过夜,离心分离洗涤,得到PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab,再分散于PBS中储存;
(3)夹心型大肠杆菌免疫传感器的构建:
取不同浓度的大肠杆菌溶液加入到步骤(1)所制备的Ab@cMB溶液中,反应,再使用磁体解离上层清液,洗涤除去过量大肠杆菌,再加入步骤(2)所制备的PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab,反应,所得产物分离洗涤后,得到夹心型大肠杆菌免疫传感器,再置于PBS中储存备用;
(4)再取步骤(3)所制备的夹心型大肠杆菌免疫传感器与H2O2混合反应,产生氧气,再将所产生氧气通入压力计中,测定压力变化值,即得到不同浓度的大肠杆菌-压力变化值的标准工作曲线;
(5):取待测水体按相同条件重复步骤(3)-步骤(4),构建夹心型大肠杆菌免疫传感器与H2O2混合反应产生氧气,再通入压力计中测定出压力变化值,最后,根据步骤(4)得到的标准工作曲线即可分析得出待测水体中的大肠杆菌浓度;
步骤(1)中,Ab的浓度为1ng/mL,MES的浓度为0.05mmol/L,EDC的浓度为0.01mmol/L,cMB溶液的浓度为1mg/mL;
Ab、MES、EDC、cMB溶液和分散用的PBS的添加量之比为5μL:1mL:1mL:300μL:2mL;
步骤(2)中,Ab的浓度为1ng/mL,PS@PEI@CAT@AuNPs溶液的浓度为2mg/mL,Ab、PS@PEI@CAT@AuNPs溶液与分散用的PBS的添加量之比为10μL:2mL:4mL;
步骤(3)中,大肠杆菌溶液加入Ab@cMB溶液后,反应的温度为37℃,时间为40min;
加入PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab后反应的时间为40min;
步骤(2)中,PS@PEI@CAT@AuNPs通过以下方法制成:先合成具有强磁性的PS@PEI纳米球,再将过氧化氢酶和AuNPs成功偶联在纳米磁珠PS@PEI上,获得PS@PEI@CAT@AuNPs,接着,将抗体Ab偶联PS@PEI@CAT@AuNPs上,制备PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab;
步骤(2)中,PS@PEI@CAT@AuNPs的合成方法具体为:
(a)按8mg1,1'-二茂铁二羧酸计,取1,1'-二茂铁二羧酸溶解在5mL甲醇中,在阳光下反应2小时,直至溶液的颜色从黄色变为灰色,离心并洗涤后,获得聚合纳米球PS并保存在pH=7.0的PBS中,备用;
(b)接着,按2mL步骤(a)制备的PS溶液计,取PS溶液与1mL浓度为4mg/mL的PEI在室温下振荡混合2h,反应结束后,将制备的PS@PEI离心并用去离子水洗涤三次,重置于PBS中备用;
(c)然后,将5μL浓度为1mg/mL的CAT,1mL浓度为0.05mmol/L并含有0.05%吐温20的MES和1mL浓度为0.01mmol/L的EDC加入到步骤(b)制备的PS@PEI溶液中,摇动2小时,通过静电吸附,得到PS@PEI@CAT稳定结构,离心并用去离子水洗涤后,将PS@PEI@CAT分散在PBS溶液中;
(d)最后,取2mL AuNPs加入到步骤(c)制备的PS@PEI@CAT溶液中,摇动2h后,即获得PS@PEI@CAT@AuNPs;
步骤(3)中,大肠杆菌溶液、Ab@cMB溶液、PS@PEI@CAT@AuNPs@Ab与储存用的PBS的体积比为1:1:1:1;
步骤(4)中,H2O2的浓度为30wt%,H2O2与夹心型大肠杆菌免疫传感器溶液的体积比为1:1。
2.根据权利要求1所述的一种基于气压计的免疫传感器快速分析水中大肠杆菌中的方法,其特征在于,步骤(1)中,摇动反应的时间为2h。
3.根据权利要求1所述的一种基于气压计的免疫传感器快速分析水中大肠杆菌中的方法,其特征在于,步骤(4)中,供夹心型大肠杆菌免疫传感器与H2O2混合反应的装置为采用密封盖封住的反应瓶,所述的压力计为两端开口的U型气压计,所述反应瓶通过穿过密封盖的气管连接U型气压计的一端开口。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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