CN113624736A - 一种基于拉曼效应的微生物浓度快速检测方法 - Google Patents
一种基于拉曼效应的微生物浓度快速检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113624736A CN113624736A CN202110766358.5A CN202110766358A CN113624736A CN 113624736 A CN113624736 A CN 113624736A CN 202110766358 A CN202110766358 A CN 202110766358A CN 113624736 A CN113624736 A CN 113624736A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- concentration
- bacteria
- solution
- raman
- bacterial
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 title claims abstract description 70
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims abstract description 9
- 244000005700 microbiome Species 0.000 title claims description 13
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims abstract description 84
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 61
- AUVSUPMVIZXUOG-UHFFFAOYSA-N (4-sulfanylphenyl)boronic acid Chemical compound OB(O)C1=CC=C(S)C=C1 AUVSUPMVIZXUOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 56
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 claims abstract description 40
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 36
- SNTUCKQYWGHZPK-UHFFFAOYSA-N 4-ethenylbenzonitrile Chemical compound C=CC1=CC=C(C#N)C=C1 SNTUCKQYWGHZPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 31
- -1 silver ions Chemical class 0.000 claims abstract description 31
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 81
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims description 29
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 241001052560 Thallis Species 0.000 claims description 14
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 11
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 11
- USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L potassium persulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000011534 incubation Methods 0.000 claims description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 claims description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 6
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000007865 diluting Methods 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RADLTTWFPYPHIV-UHFFFAOYSA-N (2-sulfanylphenyl)boronic acid Chemical compound OB(O)C1=CC=CC=C1S RADLTTWFPYPHIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 2
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012258 culturing Methods 0.000 abstract 1
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 16
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 5
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012086 standard solution Substances 0.000 description 4
- 241000191967 Staphylococcus aureus Species 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 3
- 208000035143 Bacterial infection Diseases 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 2
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 2
- 208000022362 bacterial infectious disease Diseases 0.000 description 2
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 230000014670 detection of bacterium Effects 0.000 description 2
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 2
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 2
- ZWKNLRXFUTWSOY-QPJJXVBHSA-N (e)-3-phenylprop-2-enenitrile Chemical compound N#C\C=C\C1=CC=CC=C1 ZWKNLRXFUTWSOY-QPJJXVBHSA-N 0.000 description 1
- 206010011409 Cross infection Diseases 0.000 description 1
- 206010059866 Drug resistance Diseases 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 229930182555 Penicillin Natural products 0.000 description 1
- JGSARLDLIJGVTE-MBNYWOFBSA-N Penicillin G Chemical compound N([C@H]1[C@H]2SC([C@@H](N2C1=O)C(O)=O)(C)C)C(=O)CC1=CC=CC=C1 JGSARLDLIJGVTE-MBNYWOFBSA-N 0.000 description 1
- 230000002924 anti-infective effect Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000012984 biological imaging Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000010556 emulsion polymerization method Methods 0.000 description 1
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001451 organic peroxides Chemical class 0.000 description 1
- 229940049954 penicillin Drugs 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 description 1
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 1
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000005180 public health Effects 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
- G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N2021/0106—General arrangement of respective parts
- G01N2021/0112—Apparatus in one mechanical, optical or electronic block
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/30—Against vector-borne diseases, e.g. mosquito-borne, fly-borne, tick-borne or waterborne diseases whose impact is exacerbated by climate change
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于拉曼效应的微生物浓度快速检测方法,首先制备4‑氰基苯乙烯聚合物纳米粒子,然后将细菌通过过量的4‑巯基苯硼酸修饰,将经过修饰后的细菌与已知浓度的银离子溶液相互作用,吸附部分银离子,将剩余的银离子与4‑氰基苯乙烯聚合物纳米粒子混合,根据聚合物拉曼信号强度和银离子浓度之间良好的线性关系,得到银离子与拉曼信号的对应关系,以银离子作为中间桥梁,建立细菌溶液的浓度与4‑氰基苯乙烯聚合物的拉曼信号的对应关系,获得标准曲线,利用标准曲线检测细菌浓度,同时通过银离子杀死细菌。本发明可以有效的杀死细菌,避免细菌检测后的二次环境污染,检测过程中无需对细菌进行培养,大大降低了检测时间,提高了检测效率。
Description
技术领域
本发明属于细菌检测分析领域,涉及一种细菌快速检测技术,具体涉及一种基于拉曼效应的微生物浓度快速检测方法。
背景技术
细菌感染尤其是院内感染可导致许多严重甚至致命的疾病,已成为一种广泛而重要的公共卫生威胁。自1928年发现青霉素以来,抗生素在临床抗感染治疗中得到广泛应用,使得细菌性感染治疗取得巨大成就。然而,随着近几十年抗生素的滥用,抗生素耐药性已成为抗生素治疗的严重威胁。除了实施严格的卫生条例来缓解这一困境外,开发有效的细菌检测和杀灭技术是限制细菌传播和减少潜在损害的有效途径。
三键拉曼报告分子在生物拉曼透明区(1800-2800cm-1)具有强烈而独特的拉曼振动,有效地避开了生物内源性分子的拉曼信号干扰,提高了生物应用中拉曼定量检测的准确性。一些含有各种三键(如C≡C键,C≡N键和C≡O键)基团的有机小分子或高分子大分子已发展成为细胞成像和细菌检测的拉曼标签。近年来,含有高密度三键基团的聚合物纳米粒子被合成为拉曼活性纳米材料并用于生物成像。在没有贵金属纳米粒子作为拉曼信号增强基底的情况下,聚合物纳米粒子可以实现在单个纳米粒子中产生强烈的拉曼信号,从而实现在活细胞和动物体内的拉曼高光谱检测和成像。
细菌检测后的及时杀灭对于防止造成环境二次污染至关重要。在众多的抗菌材料中,银离子由于具有安全、高效、广谱、无耐药性等特点,一直是抗菌领域的一个研究热点。银离子的杀菌原理是银离子作用于细菌的细胞壁和细胞膜并使之肿胀、疏松、通透性增加、内容物流出,导致细菌死亡。
发明内容
本发明的目的是提供了一种基于拉曼效应的微生物浓度快速检测方法。本发明合成的聚合物纳米粒子,灵敏度高、重现性稳定性好、在150-1500μM浓度范围与银离子浓度具有良好的线性关系,可用于快速检测并及时杀灭空气中的细菌。
为了实现本发明目的,本发明通过乳液聚合的方法合成4-氰基苯乙烯聚合物纳米粒子,并结合Ag+可以有效增强4-氰基苯乙烯聚合物纳米粒子的拉曼信号并且可以快速杀菌的特性,实现对空气中细菌的快速检测及杀灭。具体技术方案如下:
本发明提供一种基于拉曼效应的微生物浓度快速检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:制备4-氰基苯乙烯的聚合物纳米粒子乳液;
S2:获取待检测细菌浓度与拉曼信号强度的标准曲线,具体步骤如下:
S2.1、将含有已知细菌数量的标准菌液与过量的4-巯基苯硼酸混合孵育,然后离心收集菌体,去除多余的4-巯基苯硼酸,得到与4-巯基苯硼酸饱和结合的标准菌体;
S2.2、将与4-巯基苯硼酸饱和结合的菌体稀释不同倍数,得到不同浓度的细菌溶液;
S2.3、将不同浓度的细菌溶液与已知浓度的银离子溶液共育,部分银离子通过4-巯基苯硼酸为中介与细菌结合在一起;
S2.4、将步骤S2.3中共育后的混合溶液离心,得到上层清液,将上层清液与步骤S1中得到的聚合物纳米粒子乳液混合后进行拉曼检测,得到不同浓度细菌溶液对应的拉曼强度,建立细菌浓度与拉曼强度之间的标准曲线;
S3、细菌浓度检测,具体步骤如下:
S3.1、取已知体积的待检测细菌溶液,将待检测细菌溶液与过量的4-巯基苯硼酸混合孵育,然后离心收集菌体,去除多余的4-巯基苯硼酸,得到与4-巯基苯硼酸饱和结合的待检测菌体;
S3.2、将待检测菌体重悬于已知量水中,得到待检测细菌溶液;
S3.3、将待检测细菌溶液与已知浓度的银离子溶液共育,部分银离子通过4-巯基苯硼酸为中介与细菌结合在一起;
S3.4、将步骤S3.3中共育后的混合溶液离心,得到上层清液,将上层清液与聚合物纳米粒子乳液混合后进行拉曼检测,得到拉曼强度,根据步骤S2.4建立的标准曲线即可得到步骤S3.2中细菌溶液浓度,根据已知的水量计算细菌的数量,根据细菌数量计算出步骤S3.1中所取待检测细菌溶液的浓度。
进一步地,步骤S1中制备聚合物纳米粒子乳液方法为:
步骤1.1、以4-氰基苯乙烯作为单体,在惰性气体氛围和过氧化物引发剂引发下进行聚合,得到4-氰基苯乙烯聚合物;
步骤1.2、对步骤1.1得到的4-氰基苯乙烯聚合物进行透析,得到聚合物纳米粒子乳液。
进一步地,步骤1.1中具体方式为:将4-氰基苯乙烯加入反应容器中,然后向反应容器中加入水,在室温下搅拌20-40分钟,之后往反应容器中通入高纯度氮气,并对反应容器水浴升温至60-80℃,然后加入过硫酸钾溶液作为引发剂,反应1-2h后冷却至室温,得到4-氰基苯乙烯聚合物。
进一步地,步骤S1.2中,采用截留分子量为3500Da的透析袋对4-氰基苯乙烯聚合物进行透析。
进一步地,步骤S1中,所述引发剂为过氧化物引发剂,更优的为无机氧化物引发剂,最优的为过硫酸钾溶液。
步骤S1中,4-氰基苯乙烯的用量为40-60mg;去离子水的用量为7-10mL,室温下搅拌时间为20-40分钟,过硫酸钾溶液浓度为8-12mg/mL,用量为0.5-1.5mL,加入过硫酸钾溶液后反应时间文1-2h。
进一步地,步骤S2.1中,所述标准菌液中的细菌数量通过平板计数确定。
进一步地,步骤S2.1中,混合孵育的具体方式为,先将标准菌液稀释到固定浓度,然后离心收集菌体,之后将收集的菌体与巯基苯硼酸乙醇溶液重悬于水中,重悬液于细菌活性温度下孵育10-20min,再次离心收集,得到经过4-巯基苯硼酸饱和结合的标准菌体。
进一步地,步骤S2中,所述银离子为硝酸银溶液,4-巯基苯硼酸溶液浓度为1-3mM,加入4-巯基苯硼酸溶液后孵育时间为10-20min,4-巯基苯硼酸作用后的细菌与银离子溶液作用时间为5-15min,银离子溶液浓度为2-5mM,拉曼采集条件为:1-10s曝光时间,10-40mW激光强度,1-5s采集时间。
进一步地,步骤S2.3中,所述银离子溶液浓度为1-10mM,所述细菌溶液与已知浓度的银离子溶液在室温下共孵育5-15分钟。
进一步地,步骤S2.3中银离子溶液的浓度与步骤S3.3中银离子溶液的浓度相同。
进一步地,步骤S2和S3中,拉曼检测的参数相同,拉曼采集条件为:1-10s曝光时间,10-40mW激光强度,1-5s采集时间。
进一步地,步骤S3中,采用FKC-1浮游菌采集器对空气中细菌进行收集得到待检测细菌溶液。
本发明还提出一种4-氰基苯乙烯聚合物的用途,其特征在于:用于拉曼光谱技术中检测银离子的浓度。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)所合成的纳米粒子具有强且稳定的拉曼本征信号,有利于提高拉曼定量分析的准确性,重现性。
(2)首次提出银离子可以有效增强4-氰基苯乙烯聚合物的拉曼信号这一理论,并证实了银离子浓度与聚合物拉曼信号强度在150-1500μM范围内具有良好的线性关系。
(3)本发明成功地开发了一种快速、高灵敏度且无细菌污染的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌定量检测方法,可在2h内实现细菌的有效检测,具有快速,准确,广谱等优点,满足欧盟委员会法规(EC)No 2073/2005规定的最低检测要求(500CFU/mL)。而且本方法可以有效的杀死细菌,避免细菌检测后的二次环境污染,此聚合物及所提出的方法在细菌的定量检测方面具有极大的潜在应用价值。
附图说明
图1为放置不同时间段的聚合物纳米粒子乳液的扫描电镜(SEM)图,其中,图1(A)为聚合物纳米粒子乳液放置0天的扫描电镜(SEM)图,图1(B)为聚合物纳米粒子乳液放置1周的扫描电镜(SEM)图,图1(C)为聚合物纳米粒子乳液放置2周的扫描电镜(SEM)图,图1(D)为聚合物纳米粒子乳液放置3周的扫描电镜(SEM)图。
图2为放置不同时间段的聚合物纳米粒子乳液的拉曼信号强度。
图3为聚合物拉曼强度与银离子浓度之间的线性关系图。
图4为通过聚合物检测大肠杆菌的标准曲线。
图5为通过聚合物检测金黄色葡萄球菌的标准曲线。
图6为空气中细菌检测拉曼光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不能用来限制本发明的范围。
本发明提供一种基于拉曼效应的微生物浓度快速检测方法,包括以下步骤
S1:制备4-氰基苯乙烯的聚合物纳米粒子乳液;
S2:获取待检测细菌浓度与拉曼信号强度的标准曲线,具体步骤如下:
S2.1、将含有已知细菌数量的标准菌液与过量的4-巯基苯硼酸混合孵育,然后离心收集菌体,去除多余的4-巯基苯硼酸,得到与4-巯基苯硼酸饱和结合的标准菌体;
S2.2、将与4-巯基苯硼酸饱和结合的菌体稀释不同倍数,得到不同浓度的细菌溶液;
S2.3、将不同浓度的细菌溶液与已知浓度的银离子溶液共育,部分银离子通过4-巯基苯硼酸为中介与细菌结合在一起;
S2.4、将步骤S2.3中共育后的混合溶液离心,得到上层清液,将上层清液与步骤S1中得到的聚合物纳米粒子乳液混合后进行拉曼检测,得到不同浓度细菌溶液对应的拉曼强度,建立细菌浓度与拉曼强度之间的标准曲线;
S3、细菌浓度检测,具体步骤如下:
S3.1、取已知体积的待检测细菌溶液,将待检测细菌溶液与过量的4-巯基苯硼酸混合孵育,然后离心收集菌体,去除多余的4-巯基苯硼酸,得到与4-巯基苯硼酸饱和结合的待检测菌体;
S3.2、将待检测菌体重悬于已知量水中,得到待检测细菌溶液;
S3.3、将待检测细菌溶液与已知浓度的银离子溶液共育,部分银离子通过4-巯基苯硼酸为中介与细菌结合在一起;
S3.4、将步骤S3.3中共育后的混合溶液离心,得到上层清液,将上层清液与聚合物纳米粒子乳液混合后进行拉曼检测,得到拉曼强度,根据步骤S2.4建立的标准曲线即可得到步骤S3.2中细菌溶液浓度,根据已知的水量计算细菌的数量,根据细菌数量计算出步骤S3.1中所取待检测细菌溶液的浓度。
本发明首先合成了4-氰基苯乙烯聚合物,然后通过透析得到4-氰基苯乙烯的聚合物纳米粒子乳液;之后将4-巯基苯硼酸与细菌混合,利用4-巯基苯硼酸与细菌表面的多肽可较好的结合,使用过量的4-巯基苯硼酸附着结合在细菌表面(采用过量的4-巯基苯硼酸保证其在每个细菌上都均匀的附着),之后利用4-巯基苯硼酸上的巯基能与银离子快速结合的原理,将经过4-巯基苯硼酸修饰的细菌溶液与过量已知浓度的银离子溶液混合共育,之后提取上清液与聚合物纳米粒子乳液,得到银离子增强的聚合物纳米粒子乳液,利用银离子可以有效增强4-氰基苯乙烯聚合物的拉曼信号的原理,通过拉曼检测分析得到银离子浓度与拉曼强度的对应关系,由于原始银离子浓度为已知,所以剩余的上清液中的银离子浓度与经过4-巯基苯硼酸修饰的细菌溶液的浓度也存在线性对应关系,这样就建立起了经过4-巯基苯硼酸修饰的细菌溶液的浓度与银离子增强的聚合物纳米粒子乳液的拉曼强度之间的线性关系,通过这种线性关系建立标准曲线,即可用于细菌浓度检测。
本发明提供了一种步骤S1中制备聚合物纳米粒子乳液的方法,具体步骤如下:
室温下将40-60mg氰基苯乙烯加入50mL三口圆底烧瓶中,随即加入7-10mL水,以800r/min的速度在室温下搅拌20-40分钟,开启加热的同时通入高纯度氮气,待硅油温度达到70℃时,打开回流装置,加入0.5-1.5mL浓度为10mg/mL的过硫酸钾溶液,反应1-2h后冷却至室温,使用透析袋(截留分子量为3500Da)对所得产物进行透析,透析一周左右即得最终的聚合物纳米粒子乳液。
步骤S1中4-氰基苯乙烯的用量为40-60mg;去离子水的用量为7-10mL,室温下搅拌时间为20-40分钟,过硫酸钾溶液浓度为8-12mg/mL,用量为0.5-1.5mL,加入过硫酸钾溶液后反应时间文1-2h。
需要说明的是本发引发剂并不限于过硫酸钾,可以采用过氧化物类引发剂,包括有机过氧化物和无机过氧化物引发剂,当然最优的是无极过氧化物引发剂。
为了验证聚合物的拉曼信号稳定性,分别对放置于室温下0天,1周,2周,3周以及4周等时间段的4-氰基苯乙烯的聚合物纳米粒子乳液进行拉曼光谱采集并使用场发射扫描电镜对其进行形貌表征,拉曼采集条件为:5s曝光时间,40mW激光强度,1s采集时间。如图1和图2所示,所述4-氰基苯乙烯的聚合物纳米粒子乳液的形貌和拉曼强度基本没有变化。
为了验证银离子可以有效增强4-氰基苯乙烯聚合物的拉曼信号的效果,分别配制150μM,300μM,450μM,600μM,750μM,900μM,1050μM,1200μM,1350μM和1500μM等10个不同浓度的硝酸银溶液,将100μL不同浓度的银离子溶液加入到100μL聚合物乳液中,混匀后进行拉曼信号采集,拉曼采集条件为:5s曝光时间,40mW激光强度,1s采集时间。如图3所示,可知银离子浓度与增强4-氰基苯乙烯聚合物的拉曼信号强度成良好的线性关系,拟合后线性回归决定系数R2高达0.9831。由于4-巯基苯硼酸上能与银离子结合的巯基数量是恒定的,因此,4-巯基苯硼酸与其最大结合银离子的量是固定比例,同时细菌数量与其能最大程度结合4-巯基苯硼酸量也是固定比例,所以,细菌数量(或者浓度)与拉曼强度也是线性关系。
作为优选实施例,本发明采用的银离子溶液为硝酸银溶液,硝酸银溶液的浓度为0-2mM。
实施例1:以大肠杆菌为例,本发明步骤S2中获取标准曲线方式如下:
根据平板计数结果,先将大肠杆菌菌液稀释至1×108CFU/mL,然后以4000r/min的转速离心10min收集菌体,加入1mL用乙醇配制1mM的4-巯基苯硼酸溶液进行重悬,重悬液于37℃孵育15min,再以4000r/min的转速离心10min,收集经过4-巯基苯硼酸修饰的大肠杆菌菌体,去除多余的4-巯基苯硼酸。
之后将经过4-巯基苯硼酸修饰的大肠杆菌细胞重悬于去离子水中,分别稀释至1×108CFU/mL、1×107CFU/mL、1×106CFU/mL、1×105CFU/mL、1×104CFU/mL、1×103CFU/mL、1×102CFU/mL和1×101CFU/mL,得到经过4-巯基苯硼酸修饰不同浓度的大肠杆菌标准溶液。将500μl不同浓度的大肠杆菌标准溶液与500μl浓度为4mM的银离子溶液进行混合并在室温下共孵育10分钟,然后以4000r/min的转速离心10min,得到上清液。
之后,取100μl的上述离心后的上清液与100μl 4-氰基苯乙烯聚合物混合并进行拉曼光谱采集,拉曼采集条件为:5s曝光时间,40mW激光强度,1s采集时间。得到不同浓度的大肠杆菌标准溶液对应的拉曼强度,将采集的拉曼强度和大肠杆菌标准溶液浓度绘制在一个坐标系内,进行线性拟合,建立细菌浓度与拉曼强度之间的标准曲线。大肠杆菌检测标准曲线如图4所示,按照相同方法得到金黄色葡萄球菌的检测标准曲线如图5所示,当然如果是检测空气中混合状态细菌,需要标定混合状态细菌的标准曲线(先采集部分空气中浮游菌,采用平板计数确定细菌浓度,然后再做标准曲线),除了配置标准浓度细菌溶液以外,标准曲线标定阶段和检测阶段的各项参数均相同。
同时将银离子作用后的以及未与银离子作用的细菌溶液进行涂布并在37℃下培养24h,验证银离子的杀菌作用,如图6所示,可知与银离子作用后,细菌全部被杀死。
本发明S3中,细菌浓度检测方式如下:
取1mL收集到的未知大肠杆菌菌液以4000r/min的转速离心10min收集菌体,加入1mL用乙醇配制1mM的4-巯基苯硼酸溶液进行重悬,重悬液于37℃孵育15min,再以4000r/min的转速离心10min,去除多余的4-巯基苯硼酸,得到经过4-巯基苯硼酸修饰的大肠杆菌菌体。
之后将经过4-巯基苯硼酸修饰的大肠杆菌细胞重悬于已知量去离子水中,将500μl经过4-巯基苯硼酸处理后的大肠杆菌水溶液与500μl浓度为4mM的银离子溶液进行混合并在室温下共孵育10分钟,然后以4000r/min的转速离心10min,得到上清液。
最后,取100μl的上述离心后的上清液与100μl 4-氰基苯乙烯聚合物混合并进行拉曼光谱采集,拉曼采集条件为:5s曝光时间,40mW激光强度,1s采集时间。将采集到的拉曼强度在标准曲线中寻找对应的细菌浓度,即为收集到的未知大肠杆菌菌液的细菌浓度。
需要说明的是,本发明为了保证测量准确性,无论是标准曲线确定阶段还是检测阶段,拉曼参数均相同,拉曼采集条件为:1-10s曝光时间,10-40mW激光强度,1-5s采集时间;并不限于上述实施例中参数。
对照例:本发明还可以在检测时,取100μl相同的未知大肠杆菌菌液(未经任何处理),进行涂布并在37℃下培养24h,按照平板计数法进行检测,得到的结果如表1所示,可知,本发明检测结构准确度与平板计数法相比差不多,但是可以大大节省时间。
本发明还提供一种对空气中细菌的采集方法,具体,采用FKC-1浮游菌采集器对空气中细菌进行收集,首先配制LB(Luria-Bertani)培养基,在直径为90mm的培养皿中加入5mL配置好的培养基,设置浮游菌采集器收集参数为4000L,进行空气中收集。
需要说明的是,培养皿直径为70-100mm,加入培养基的量为3-6mL。
表1实施例1与对照例平板计数法检测结果对照表
以上实施方式仅用于说明本发明,而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种基于拉曼效应的微生物浓度快速检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:制备4-氰基苯乙烯的聚合物纳米粒子乳液;
S2:获取待检测细菌浓度与拉曼信号强度的标准曲线,具体步骤如下:
S2.1、将含有已知细菌数量的标准菌液与过量的4-巯基苯硼酸混合孵育,然后离心收集菌体,去除多余的4-巯基苯硼酸,得到与4-巯基苯硼酸饱和结合的标准菌体;
S2.2、将与4-巯基苯硼酸饱和结合的菌体稀释不同倍数,得到不同浓度的细菌溶液;
S2.3、将不同浓度的细菌溶液与已知浓度的银离子溶液共育,部分银离子通过4-巯基苯硼酸为中介与细菌结合在一起;
S2.4、将步骤S2.3中共育后的混合溶液离心,得到上层清液,将上层清液与步骤S1中得到的聚合物纳米粒子乳液混合后进行拉曼检测,得到不同浓度细菌溶液对应的拉曼强度,建立细菌浓度与拉曼强度之间的标准曲线;
S3、细菌浓度检测,具体步骤如下:
S3.1、取已知体积的待检测细菌溶液,将待检测细菌溶液与过量的4-巯基苯硼酸混合孵育,然后离心收集菌体,去除多余的4-巯基苯硼酸,得到与4-巯基苯硼酸饱和结合的待检测菌体;
S3.2、将待检测菌体重悬于已知量水中,得到待检测细菌溶液;
S3.3、将待检测细菌溶液与已知浓度的银离子溶液共育,部分银离子通过4-巯基苯硼酸为中介与细菌结合在一起;
S3.4、将步骤S3.3中共育后的混合溶液离心,得到上层清液,将上层清液与聚合物纳米粒子乳液混合后进行拉曼检测,得到拉曼强度,根据步骤S2.4建立的标准曲线即可得到步骤S3.2中细菌溶液浓度,根据已知的水量计算细菌的数量,根据细菌数量计算出步骤S3.1中所取待检测细菌溶液的浓度。
2.根据权利要求1所述的微生物浓度快速检测方法,其特征在于;步骤S1中制备聚合物纳米粒子乳液方法为:
步骤1.1、以4-氰基苯乙烯作为单体,在惰性气体氛围和过氧化物引发剂引发下进行聚合,得到4-氰基苯乙烯聚合物;
步骤1.2、对步骤1.1得到的4-氰基苯乙烯聚合物进行透析,得到聚合物纳米粒子乳液。
3.根据权利要求2所述的微生物浓度快速检测方法,其特征在于;步骤1.1中具体方式为:将4-氰基苯乙烯加入反应容器中,然后向反应容器中加入水,在室温下搅拌20-40分钟,之后往反应容器中通入高纯度氮气,并对反应容器水浴升温至60-80℃,然后加入过硫酸钾溶液作为引发剂,反应1-2h后冷却至室温,得到4-氰基苯乙烯聚合物。
4.根据权利要求3所述的微生物浓度快速检测方法,其特征在于;步骤S1.2中,采用截留分子量为3500Da的透析袋对4-氰基苯乙烯聚合物进行透析。
5.根据权利要求1所述的微生物浓度快速检测方法,其特征在于;步骤S2.1中,所述标准菌液中的细菌数量通过平板计数确定。
6.根据权利要求1所述的微生物浓度快速检测方法,其特征在于;步骤S2.1中,混合孵育的具体方式为,先将标准菌液稀释到固定浓度,然后离心收集菌体,之后将收集的菌体与巯基苯硼酸乙醇溶液重悬于水中,重悬液于细菌活性温度下孵育10-20min,再次离心收集,得到经过4-巯基苯硼酸饱和结合的标准菌体。
7.根据权利要求6所述的微生物浓度快速检测方法,其特征在于;步骤S2.3中,所述银离子溶液浓度为1-10mM,所述细菌溶液与已知浓度的银离子溶液在室温下共孵育5-15分钟。
8.根据权利要求6所述的微生物浓度快速检测方法,其特征在于;步骤S2中银离子溶液的浓度与步骤S3中银离子溶液的浓度相同,拉曼检测的参数相同,拉曼采集条件为:1-10s曝光时间,10-40mW激光强度,1-5s采集时间。
9.根据权利要求4所述的微生物浓度快速检测方法,其特征在于;步骤S3中,采用FKC-1浮游菌采集器对空气中细菌进行收集得到待检测细菌溶液。
10.一种4-氰基苯乙烯聚合物的用途,其特征在于:用于拉曼光谱技术中检测银离子的浓度。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110766358.5A CN113624736B (zh) | 2021-07-07 | 2021-07-07 | 一种基于拉曼效应的微生物浓度快速检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110766358.5A CN113624736B (zh) | 2021-07-07 | 2021-07-07 | 一种基于拉曼效应的微生物浓度快速检测方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113624736A true CN113624736A (zh) | 2021-11-09 |
CN113624736B CN113624736B (zh) | 2023-12-08 |
Family
ID=78379175
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110766358.5A Active CN113624736B (zh) | 2021-07-07 | 2021-07-07 | 一种基于拉曼效应的微生物浓度快速检测方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113624736B (zh) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013120532A1 (en) * | 2012-02-17 | 2013-08-22 | Nm Tech Nanomaterials And Microdevices Technology Ltd. | Antimicrobial composition containing photochemically stable silver complexes |
CN104697977A (zh) * | 2015-03-23 | 2015-06-10 | 苏州大学 | 一种硅基sers多功能芯片及其制备方法 |
CN105277527A (zh) * | 2015-10-29 | 2016-01-27 | 江南大学 | 一种基于拉曼信标分子编码银@金核壳纳米粒子的真菌毒素双重检测方法 |
US20160356721A1 (en) * | 2015-06-03 | 2016-12-08 | University Of Massachusetts | Bacterial detection platform based on sers mapping |
CN108037108A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-05-15 | 武汉大学 | 一种新型的测定实际样品中硫氰酸根离子含量的方法 |
CN108872194A (zh) * | 2018-08-22 | 2018-11-23 | 暨南大学 | 一种三明治夹心结构sers检测病原菌的方法 |
US20190033218A1 (en) * | 2016-01-29 | 2019-01-31 | Agency For Science, Technology And Research | Method for assessing a state of a living cell |
CN109781697A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-05-21 | 西安交通大学 | 一种柔性sers基底及其制备方法和双氧水sers光谱检测的应用 |
CN113008864A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-06-22 | 天津中医药大学 | 一种表面增强拉曼光谱传感器检测食源性致病菌的方法 |
-
2021
- 2021-07-07 CN CN202110766358.5A patent/CN113624736B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013120532A1 (en) * | 2012-02-17 | 2013-08-22 | Nm Tech Nanomaterials And Microdevices Technology Ltd. | Antimicrobial composition containing photochemically stable silver complexes |
CN104697977A (zh) * | 2015-03-23 | 2015-06-10 | 苏州大学 | 一种硅基sers多功能芯片及其制备方法 |
US20160356721A1 (en) * | 2015-06-03 | 2016-12-08 | University Of Massachusetts | Bacterial detection platform based on sers mapping |
CN105277527A (zh) * | 2015-10-29 | 2016-01-27 | 江南大学 | 一种基于拉曼信标分子编码银@金核壳纳米粒子的真菌毒素双重检测方法 |
US20190033218A1 (en) * | 2016-01-29 | 2019-01-31 | Agency For Science, Technology And Research | Method for assessing a state of a living cell |
CN108037108A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-05-15 | 武汉大学 | 一种新型的测定实际样品中硫氰酸根离子含量的方法 |
CN108872194A (zh) * | 2018-08-22 | 2018-11-23 | 暨南大学 | 一种三明治夹心结构sers检测病原菌的方法 |
CN109781697A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-05-21 | 西安交通大学 | 一种柔性sers基底及其制备方法和双氧水sers光谱检测的应用 |
CN113008864A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-06-22 | 天津中医药大学 | 一种表面增强拉曼光谱传感器检测食源性致病菌的方法 |
Non-Patent Citations (7)
Title |
---|
MOHAMED REHAN等: "Development of multifunctional polyacrylonitrile/silver nanocomposite films: Antimicrobial activity, catalytic activity, electrical conductivity, UV protection and SERS-active sensor", JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH AND TECHNOLOGY, vol. 9, no. 4, pages 9380 - 9384 * |
XIANG-NAN HE等: "Accurate quantitative detection of cell surface sialic acids with a background-free SERS probe", TALANTA, vol. 205 * |
XIANGRU BAI等: "A sensitive SERS-based sandwich immunoassay platform for simultaneous multiple detection of foodborne pathogens without interference", ANALYTICAL METHODS, no. 40, pages 4825 - 4924 * |
姚建林等: "铜和金纳米线阵列上SCN-的表面增强拉曼光谱", 电化学, vol. 5, no. 4, pages 371 - 376 * |
张霞光;陈艳丽;金曦;庞然;田中群;吴德印;: "对炔基苯硫酚在银纳米粒子上的SERS光谱理论研究", 光谱学与光谱分析, no. 1 * |
高梦月等: "普鲁士蓝类似物的合成及其在三键探针构建中的应用", 第十九届全国光散射学术会议摘要集 * |
黄洁;姚建林;顾仁敖;: "硫氰根在金银复合基底上的表面增强拉曼光谱研究", 光谱学与光谱分析, no. 09 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113624736B (zh) | 2023-12-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Xu et al. | Role of reactive oxygen species in the antibacterial mechanism of silver nanoparticles on Escherichia coli O157: H7 | |
CN110615829B (zh) | 一种自组装抗菌肽水凝胶 | |
CN111122677A (zh) | 一种定量检测赭曲霉毒素a的电化学适配体传感器及其应用 | |
Zhou et al. | Copper-doped metal–organic frameworks for the controlled generation of nitric oxide from endogenous S-nitrosothiols | |
CN111110846A (zh) | 一种金属-核酸纳米颗粒及其制备方法和用途 | |
CN111803631B (zh) | 一种具有高效抗菌特性碳纳米点的制备方法及其应用 | |
Shang et al. | An efficient electrochemical disinfection of E. coli and S. aureus in drinking water using ferrocene–PAMAM–multiwalled carbon nanotubes–chitosan nanocomposite modified pyrolytic graphite electrode | |
CN109771669B (zh) | 一种多巴胺功能化纳米银粒子的dna释放载体及其制备方法 | |
CN113016823A (zh) | 一种光热抗菌近红外双金属纳米粒子的制备方法 | |
CN109085222B (zh) | 离子液体功能化石墨烯弧菌dna电化学传感器及其制备方法和应用 | |
CN109187687B (zh) | 共轭有机微孔材料修饰电极的制备及作为过氧亚硝基阴离子电化学传感器的应用 | |
CN113624736B (zh) | 一种基于拉曼效应的微生物浓度快速检测方法 | |
Mollamohammadi et al. | Electrochemical biosensing of L-DOPA using tyrosinase immobilized on carboxymethyl starch-graft-Polyaniline@ MWCNTs nanocomposite | |
Wang et al. | Tesla valve-assisted biosensor for dual-mode and dual-target simultaneous determination of foodborne pathogens based on phage/DNAzyme co-modified zeolitic imidazolate framework-encoded probes | |
CN116698937A (zh) | 一种MnMoO4/g-C3N4纳米复合材料修饰电极及其制备方法、电化学传感器和用途 | |
CN114518453B (zh) | 一种多壁碳纳米管复合物及其制备方法和应用 | |
CN113655105B (zh) | 一种电化学生物传感器的制备方法及其在大肠杆菌检测中的应用 | |
CN112858407B (zh) | 一种检测环丙沙星的电化学传感器及其检测方法 | |
Arik et al. | Optimization of whole-cell bacterial bioreporter immobilization on electrospun cellulose acetate (CA) and polycaprolactone (PCL) fibers for arsenic detection | |
CN108517023B (zh) | 一种可比率荧光检测次氯酸的聚合物纳米粒子的制备及应用 | |
CN110441371B (zh) | 一种高灵敏的吲哚电化学检测方法 | |
Zheng et al. | A triple-amplified electrochemical-photoelectrochemical dual-mode biosensing platform for viral gene assay based on catalytic hairpin assembly, CRISPR-Cas12a and liposome-entrapped bifunctional methylene blue | |
CN115581229B (zh) | 一种单宁酸界面修饰的咪鲜胺乙基纤维素纳米颗粒制备方法及其抗菌应用 | |
CN113447553B (zh) | 基于信号探针封装释放的非固定型电化学传感器及其应用 | |
CN117686711B (zh) | 一种纳米酶结合适配体检测食品中大肠杆菌的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |