CN113670891A - 一种基于光子晶体微球的sers传感器及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光子晶体微球的SERS传感器及其制备方法和应用，传感器是由SERS基底和SERS标签组成；SERS基底是连接有OTA适配体互补链和金纳米颗粒的光子晶体微球；SERS标签是连接有尼罗蓝和OTA适配体链的金纳米颗粒。真菌毒素OTA与微球表面固定的OTA适配体互补链能够和SERS标签上的OTA适配体竞争结合，通过检测结合在微球表面的SERS标签的拉曼信号，实现样品中真菌毒素OTA的定量分析。本发明构建了一种高灵敏度，快速高效检测OTA的方法，建立OTA的检测范围为0.01~10 ng/mL，检测限低，检测效果好，检测样品试剂仅需要10μL/球，检测时间不足1 min/球，不需要毒素抗体。在食品安全快速检测技术方面具有重要现实意义。
Description
技术领域
本发明属于食品安全检测，具体涉及一种基于光子晶体的微球表面增强拉曼光谱传感器及其制备方法以及在检测真菌毒素OTA中的应用。
背景技术
赭曲霉毒素(Ochratoxins)是由赭曲霉菌属、青霉属或黑霉属的真菌产生一类结构相似的且有强烈毒性的代谢产物；常见的赭曲霉毒素有赭曲霉毒素A(Ochratoxin A，OTA)、赭曲霉毒素B(OTB)、赭曲霉毒素C(OTC)。由于OTA毒性最大且产毒量最高，目前标准中主要是针对OTA的检测。人类摄取赭曲霉毒素的量有50％都是来源于谷物或者相关制品。目前研究表明OTA不仅在粮食中存在污染，其对中药材的污染也有报道。基于此，世界各国和地区都制定了严格的标准，以保护农产品、食品、药材和饲料等的安全。目前常用的检测赭曲霉毒素A方法主要有色谱法、免疫分析法等。这些常用检测方法对赭曲霉毒素A的定性定量检测起着非常重要的作用，但是其存在检测成本高，试剂用量大，检测仪器昂贵，检测时间长等缺点。因此，研究和开发一种新型的快速高效、高灵敏的检测赭曲霉毒素A的方法意义深长。
拉曼光谱是一种特殊的光谱散射。由分子振动、固体中光学声子等激发与激光相互作用产生的非弹性散射。在拉曼谱图中，每个拉曼峰代表了相应的拉曼散射光的波长位置和强度。每个拉曼谱峰对应着一种特定的分子键，拉曼光谱是特定分子或材料独有的化学指纹，能够用于快速确认检测物种类或者区分不同的材料，其检测速度快，无需标记，对待测产品不会造成损害。与抗体、适配体特异性识别能力的结合后，不仅提高了目标分子的选择精度，而且提高了分析的灵敏度。现阶段，拉曼检测相关技术在小分子、病原微生物、真菌毒素、肿瘤标志物和其他功能分子的分析以及肿瘤光热治疗中得到应用，但是以光子晶体微球为基底的表面增强拉曼散射(SERS)检测真菌毒素的方法还未见报道，因此具有重要的研究价值和意义。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种利用OTA和OTA适配体互补链与OTA适配体的竞争结合来实现真菌毒素定量分析的SERS传感器；本发明的第二目的在于提供上述SERS传感器的制备方法；本发明的第三目的在于提供上述SERS传感器在检测OTA的应用。
技术方案：本发明的一种基于光子晶体微球的SERS传感器，是由SERS基底和SERS标签组成；所述SERS基底是连接有OTA适配体互补链和金纳米颗粒的光子晶体微球；所述SERS标签是连接有尼罗蓝和OTA适配体链的金纳米颗粒。
进一步的，所述SERS基底由光子晶体微球表面先进行羟基化修饰，再进行氨基化修饰，然后物理吸附金纳米颗粒，最后通过Au-S键固定OTA适配体互补链制得；其中，所述OTA适配体互补链如SEQ ID NO.1所示，为5′-SH-(CH2)6-TGT-CCG-ATG-C-3′。
进一步的，所述SERS标签是由金纳米颗粒上表面先物理吸附尼罗蓝，再分别修饰甲氧基聚乙二醇巯基和巯基聚乙二醇羧基，借助聚乙二醇大分子聚合物分子链长的特点，起到彼此撑开的作用，防止聚沉，使SERS标签更加稳定，最后在EDC和NHS的激活下通过共价键连接OTA适配体链制得；
其中，所述OTA适配体链如SEQ ID NO.2所示，具体为5’-NH2-(CH2)6-GAT-CGG-GTG-TGG-GTG-GCG-TAA-AGG-GAG-CAT-CGG-ACA-3’。
本发明还保护一种基于光子晶体微球的SERS传感器的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备光子晶体微球；
(2)通过双氧水与浓硫酸对步骤(1)制备的光子晶体微球表面进行羟基化修饰，再用3-氨基丙基三乙氧基硅烷对微球表面进行氨基化修饰，最后清洗、烘干备用；
(3)向沸水中先后加入氯金酸溶液和柠檬酸三钠水溶液，加热搅拌至溶液颜色不再变化，冷却至室温后进行离心、浓缩得到浓缩金溶液；
(4)将步骤(2)得到的表面修饰的光子晶体微球置于浓缩金溶液中进行震荡，然后加入OTA适配体互补链溶液，通过Au-S键在吸附完成的光子晶体微球表面连接OTA适配体互补链，得到SERS基底；
(5)将尼罗蓝溶液加入到步骤(3)得到的浓缩金溶液中，然后加入甲氧基聚乙二醇巯基溶液和巯基聚乙二醇羧基溶液，在室温震荡反应，反应结束后浓缩并继续添加1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液和N-羟基琥珀酰亚胺溶液震荡，得到标签混合溶液，最后与OTA适配体链溶液混合，通过共价键在金纳米颗粒表面连接OTA适配体链，得到SERS标签。
进一步的，所述步骤(4)中，OTA适配体互补链溶液配制成浓度为25～400nM的DNA溶液，按3～5μL/球固定于的微球表面。
进一步的，所述步骤(5)中，OTA适配体链溶液配制成浓度为50～800nM的DNA溶液；其中，标签混合溶液与OTA适配体链溶液的体积比为1：1。
进一步的，所述步骤(5)中，每22.5mL的浓缩金溶液中，添加1～5mL浓度为2μM的尼罗蓝溶液、0.5～1mL浓度为10μM的巯基聚乙二醇羧基溶液、3～8mL浓度为50μM的甲氧基聚乙二醇巯基溶液、3～6μL浓度为40mg/mL的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液和3～6μL浓度为110mg/mL的N-羟基琥珀酰亚胺溶液。
进一步的，所述步骤(3)中，每50mL的沸水中，分别添加0.25mL的质量浓度为2％的氯金酸溶液和0.3～0.4mL的质量浓度为1％的柠檬酸三钠水溶液。
本发明还保护所述的基于光子晶体微球的SERS传感器在赭曲霉毒素A的定量检测分析中的应用。
具体的，上述的基于光子晶体微球的SERS传感器主要用于检测食品中的赭曲霉毒素A。
其中，所述定量检测分析的具体过程为：向SERS基底中分别加入含不同浓度赭曲霉毒素A试样的结合缓冲液，然后加入SERS标签溶液，使赭曲霉毒素A和SERS基底上的OTA适配体互补链分别与SERS标签上的OTA适配体链竞争反应，通过检测结合在SERS标签上NBA特征峰信号强度，实现对赭曲霉毒素A的定量检测分析；其中，结合缓冲液与SERS标签溶液的体积比为3：2，竞争反应温度为37℃，竞争反应时间为90min；检测NBA拉曼特征峰的拉曼位移为570～580cm-1。
在SERS基底制备过程中，光子晶体修饰微球通过二氧化硅颗粒自组装技术，组装成结构和均一的光子晶体微球；然后选择大小均一的光子晶体微球作为载体，将其浸入浓硫酸和双氧水的混合溶液中进行修饰，使其表面硅羟基增多，后用含APTMS的甲苯溶液对微球表面进行氨基化修饰。其中，光子晶体微球具体为由氨水、双蒸水、无水乙醇和正硅酸乙酯配制成二氧化硅微球的母液制备而成；羟基化为通过体积比3：7的双氧水与浓硫酸对光子晶体微球表面进行羟基化修饰；氨基化为将微球置入APTMS(1％～5％，v/v)的甲苯溶液中，按5uL/每微球添加，在60℃震荡反应5-6h进行修饰；反应完成后用甲苯、乙醇、双蒸水分别清洗3-4遍，60-65℃烘干备用。进一步将表面修饰的微球置于浓缩金溶液中，通过物理吸附作用从而使微球表面富集金纳米颗粒，在Au-S键的作用下，实现了OTA适配体互补链的固定连接。
在SERS标签的制备过程中，浓缩金溶液中加入用于信号检测的尼罗蓝(NBA)溶液，通过物理吸附实现尼罗蓝在金纳米颗粒表面的富集，同时在反应过程中添加甲氧基聚乙二醇巯基溶液和巯基聚乙二醇羧基溶液，具体为分子量为5000的CH3O-PEG5000-SH和SH-PEG5000-COOH，巯基与金原子之间形成Au-S键从而将其固定在金纳米颗粒表面，PEG聚乙二醇是大分子聚合物，分子链长，连接以后起到彼此撑开的作用，用于防止聚沉，同时加入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)可以激活SH-PEG5000-COOH上的位于外端的羰基，并与OTA适配体链上的氨基通过共价键结合，从而获得同时修饰有NBA和OTA适配体链的金纳米颗粒。
本发明的原理如图1所示，在本发明中设计了两条DNA链：OTA适配体互补链和OTA适配体链；其中，OTA适配体互补链可以与OTA适配体链的OTA-aptamer互补，且在5’端修饰巯基；OTA适配体链一部分可以结合OTA适配体互补链，另一部分可以与OTA结合，OTA适配体链包含了OTA-aptamer且在5’端修饰了氨基。如果不加入OTA，SERS标签上的OTA适配体链与OTA适配体互补链结合，表现出较高的NBA特征峰拉曼信号；如果将OTA加入到体系当中，原本无规则卷曲结构的OTA适配体链会与OTA结合，剩余的SERS标签上的OTA适配体链与OTA适配体互补链结合，拉曼信号下降。所以最终检测出来的NBA特征峰拉曼信号值能够反应出加入的OTA的浓度，因此可以通过建立标准曲线检测如食品等物质中的赭曲霉毒素A。
有益效果：与现有技术相比，本发明的具有如下显著优点：(1)本发明利用修饰金纳米颗粒的光子晶体微球为载体，固定OTA适配体互补链于修饰金纳米颗粒的光子晶体微球上制成SERS基底，连接OTA适配体链于修饰NBA的金纳米颗粒上制成SERS标签，OTA与SERS基底上OTA适配体互补链竞争结合SERS标签，对该体系进行拉曼检测，方法简单易操作；(2)本发明方法中光子晶体修饰微球和金纳米颗粒制备方法简单方便；(3)相比传统色谱技术或酶联免疫法(ELISA)，本发明方法具有高灵敏度、特异性好、不损害样品等优点；(4)利用本发明传感器进行检测的线性检测范围为0.01～10ng/mL之间，线性范围宽，本方法检测时间快，约为1min/球；消耗样品体积少，约10μL/球。
附图说明
图1为基于光子晶体微球表面增强拉曼光谱检测真菌毒素OTA的原理图；
图2为光子晶体微球金相显微镜图和电子扫描电镜图；
图3为制备的金纳米颗粒和SERS标签制备过程紫外全波长表征图；
图4为OTA适配体互补链结合前后紫外变化图；
图5为OTA适配体互补链浓度的优化图；
图6为SERS标签制备过程金纳米颗粒紫外变化图；
图7为OTA适配体链浓度的优化图；
图8为赭曲霉毒素A的检测标准曲线图；
图9为本发明检测方法的特异性图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
本实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
其中，甲氧基聚乙二醇巯基和巯基聚乙二醇羧基分别采用分子量为5000的CH3O-PEG5000-SH和SH-PEG5000-COOH；
所用OTA适配体链和OTA适配体互补链均由上海生工生物工程有限公司合成，其中OTA适配体链包含了OTA-aptamer且在5’端修饰了氨基；OTA适配体互补链设计成一部分与OTA适配体链的OTA-aptamer这部分互补，且在5’端修饰了巯基，序列如下：
OTA适配体链：
5′-NH2-(CH2)6-GAT-CGG-GTG-TGG-GTG-GCG-TAA-AGG-GAG-CAT-CGG-ACA-3′。
OTA适配体互补链：5′-SH-(CH2)6-TGT-CCG-ATG-C-3′。
本发明所用的仪器主要有：TDZ5-WS型台式低速自动平衡离心机长沙湘智离心机仪器有限公司；KQ-300B型超声波清洗器昆山市超声仪器有限公司；QEPRO型激光共聚焦拉曼显微仪杭州谱镭光电科技有限公司；DHG-9140型电热恒温鼓风干燥箱上海精宏实验设备有限公司；OTL1200管式炉南京南大仪器厂；LSP01-1A微流注射泵河北保定兰格恒流泵有限公司；PHS-3C-01型pH计上海三信仪表厂；Infinite200多功能酶标仪帝肯(上海)贸易有限公司；ZQTY-70-T型震荡培养箱上海知楚仪器有限公司摇床；中药粉碎机长沙市常宏制药机械设备厂；QL-866漩涡混合仪海门麒麟医用仪器厂。
单分散二氧化硅纳米颗粒的制备：采用改进
法合成。
TE缓冲液的具体配制为：将100mL，1mol/L的Tris-HCl缓冲液和20mL，0.5mol/LEDTA，均匀混合，定容至1L。高温高压灭菌，室温保存。使用时稀释10倍。
结合缓冲液(BB缓冲液)的具体配制为：分别称取Tris-HCl、NaCl、CaCl2、KCl、MgCl2，使其在1L溶液中占比分别为10mM、120mM、20mM、5mM、20mM，用800mL双蒸水溶解后，用0.1mol/L盐酸调至8.0，最后用双蒸水定容至1L，高温高压灭菌，室温保存。
实施例1
(1)光子晶体微球的制备：将氨水、双蒸水、无水乙醇、正硅酸乙酯(TEOS)按照A液(氨水9mL，双蒸水24.75mL，无水乙醇16.25mL)，B液(无水乙醇45.5mL，TEOS 4.5mL)配比，配制成制备二氧化硅微球的母液。A、B液配好后各自充分混合，将A液放在磁力搅拌器上，充分搅拌均匀后，迅速将配置好的B液倒进A液中，1200rp/min快速搅拌2min后，改用400rp/min速度搅拌，使两者充分混匀，并用保鲜膜封口避免氨气挥发，搅拌反应6h。反应结束后，乳液呈不透明乳白色，分别用无水乙醇、双蒸水离心洗涤所得乳液4～5遍，每次离心10min(3500rp/min)，直到乳液没有刺鼻的氨水和乙醇味道。最后，向乳液中加入一定量双蒸水，使乳液最终固形物含量在15～20％之间。借助微流控装置，利用油包水的原理，通过甲基硅油切断乳液的进程形成一个个大小均一且可控的微球液滴，收集在盛有甲基硅油的器皿盛装。制备结束之后将器皿置于烘箱中，在60℃的条件下放置12h左右，去除乳液中的所有水分，待甲基硅油中的微球只有单一白色无闪耀的光泽时，即可判断水分蒸发完全。接下来用正己烷对微球进行收集清洗，最后用无水乙醇去除微球表面多余的正己烷，在通风厨中将乙醇自然挥发干。收集剩余的光子晶体微球，通过将其置于管式炉中以700℃的高温煅烧3h使其表面结构稳定，得到光子晶体微球。
(2)光子晶体微球表面的修饰：通过体积比3：7的双氧水与浓硫酸按10μL/微球对步骤(1)得到的光子晶体微球表面进行羟基化修饰，再用5％(v/v)APTMS的甲苯溶液(10μL/球)进行氨基化修饰，在60℃条件下震荡反应6h(180rp/min)，反应结束后分别用甲苯、无水乙醇、双蒸水分别清洗3-4遍，之后将微球放入60℃烘箱中烘干，备用。
光子晶体微球的金相显微镜图和电子扫描电镜图见图2。图2中a为光子晶体微球在金相显微镜下的形态，光子晶体微球大小均一，边缘光滑表面圆润，具有良好的光泽；b为光子晶体微球单球电镜图，c为放大微球局部，内部排列整齐有序，可以进行下一步操作。
(3)金纳米颗粒制备及修饰：将50mL双蒸水煮沸，在剧烈搅拌下，依次加入0.25mL，氯金酸溶液(2％，w/w)和0.375mL(1％，w/w)的柠檬酸三钠水溶液，继续搅拌加热，溶液由墨蓝色变为紫红色约10min后，溶液颜色不再变化，停止加热，在连续搅拌下冷却至室温。取15mL冷却后的溶液进行离心(1000rpm，10min)并浓缩为1mL；然后将步骤(2)烘干备用的微球置于浓缩金溶液中震荡20min，得到表面结合金纳米颗粒的微球。
制备的金纳米颗粒图片和其紫外全波长表征见图3。图3中a的金纳米颗粒溶液为澄清紫红色，b可知其吸收峰为535nm，峰窄且高，证明制作的金纳米颗粒较为成功。
(4)OTA适配体互补链的固定：用pH为7.4的TE缓冲液将OTA适配体互补链配制成300nM，按5μL/球加入表面结合金纳米颗粒的微球，4℃条件下震荡过夜，通过Au-S键将OTA适配体互补链固定于微球表面；得到光子晶体微球SERS基底。
OTA适配体互补链结合前后溶液中适配体紫外变化见图4。OTA适配体互补链结合前后其紫外吸收峰峰值下降，证明OTA适配体互补链已结合在微球表面。
(5)金纳米颗粒溶液制备：将2.5mL，2μmol/L的NBA水溶液加入到22.5mL步骤(3)制备好的浓缩金溶液中，室温条件下，剧烈震荡20min，使NBA通过静电作用，吸附在纳米金表面；随后加入0.75mL，10μmol/L的SH-PEG5000-COOH溶液，室温条件震荡20min，然后再加入5mL，50μmol/L CH3O-PEG5000-SH溶液，室温震荡反应3h；反应结束后，反复离心洗涤(1000rpm，10min)，吸去上清液，并将余下胶体金重悬在1mL的TE缓冲溶液中，得到SERS拉曼标签溶液。
(6)OTA适配体链的固定：向SERS拉曼标签溶液中分别添加40mg/mL的EDC溶液和110mg/mL的NHS溶液各6μL，室温条件下震荡20min，反复离心洗涤(1000rpm，10min)，吸去上清液，最终将余下胶体金重悬在1mL的TE缓冲溶液中；取OTA适配体链制成浓度为400nM的DNA溶液，按照SERS拉曼标签溶液：DNA溶液＝1:1的体积比，4℃条件下震荡过夜，反复离心洗涤(1000rpm，10min)，吸去上清液，最终将余下胶体金重悬在1mL的TE缓冲溶液中，4℃条件下保存，得到SERS标签。
SERS标签制备过程金纳米颗粒紫外变化见图6。基团修饰后金纳米颗粒溶液紫外吸收峰发生红移，说明纳米金表面修饰上不同的功能性物质，同时，半峰宽无明显变化，合成的金纳米SERS标签具有良好分散性。
实施例2
具体制备同实施例1，不同之处在于，步骤(4)中，用pH7.4的TE缓冲液将OTA适配体互补链配制成25nM、50nM、100nM、200nM、400nM和500nM，按5μL/球加入，4℃条件下震荡过夜，通过Au-S键将OTA适配体互补链固定于微球表面；分别得到不同OTA适配体互补链浓度下的光子晶体微球SERS基底。
按结合缓冲液：SERS纳米标签溶液＝3：2添加，在37℃摇床震荡反应1.5h，反应结束，用BB缓冲液清洗3遍。最后，通过检测微球表面拉曼信号，来确定最佳浓度。参见图5可知，OTA适配体互补链的最佳浓度为300nM。
实施例3
具体制备同实施例1，不同之处在于，步骤(6)中，固定OTA适配体链时，按照SERS拉曼标签溶液：DNA溶液＝1:1的体积比，用pH7.4的TE缓冲液稀释，使得OTA适配体链最终浓度分别为25nM、50nM、100nM、200nM和300nM，得到OTA适配体链不同浓度的SERS标签。
分别加入到实施例2优化的最适浓度SERS基底中。按BB缓冲液：SERS纳米标签溶液＝3：2添加，在37℃摇床震荡反应1.5h，反应结束，用BB缓冲液清洗3遍。最后，通过检测微球表面拉曼信号，来确定最佳浓度。参见图7可知，OTA适配体互补链的最佳浓度为200nM。
实施例4
具体制备同实施例1，不同之处在于，步骤(3)中，依次加入0.25mL，氯金酸溶液(2％，w/w)和0.3mL(1％，w/w)的柠檬酸三钠水溶液；步骤(5)中，将1mL，2μmol/L的NBA水溶液加入到22.5mL步骤(3)制备好的浓缩金溶液中，室温条件下，剧烈震荡20min，使NBA通过静电作用，吸附在纳米金表面；随后加入0.5mL，10μmol/L的SH-PEG5000-COOH溶液，室温条件震荡20min，然后再加入3mL，50μmol/L CH3O-PEG5000-SH溶液，室温震荡反应3h；步骤(6)中，向SERS拉曼标签溶液中分别添加40mg/mL的EDC溶液和110mg/mL的NHS溶液各3μL。
实施例5
具体制备同实施例1，不同之处在于，步骤(3)中，依次加入0.25mL，氯金酸溶液(2％，w/w)和0.4mL(1％，w/w)的柠檬酸三钠水溶液；步骤(5)中，将5mL，2μmol/L的NBA水溶液加入到22.5mL步骤(3)制备好的浓缩金溶液中，室温条件下，剧烈震荡20min，使NBA通过静电作用，吸附在纳米金表面；随后加入1mL，10μmol/L的SH-PEG5000-COOH溶液，室温条件震荡20min，然后再加入8mL，50μmol/L CH3O-PEG5000-SH溶液，室温震荡反应3h；步骤(6)中，向SERS拉曼标签溶液中分别添加40mg/mL的EDC溶液和110mg/mL的NHS溶液各5μL。
实施例6
建立OTA标准曲线
(1)制备不同浓度OTA的结合缓冲液：将OTA标准品用BB缓冲液稀释至0.0001、0.001、0.01、0.1、1、10、100、1000ng/mL。
(2)赭曲霉毒素A的检测：将实施例1制备的光子晶体微球SERS基底至于离心管中，每管8球，然后向微球中分别加入上述含不同浓度OTA的结合缓冲液(10μL/球)和实施例1制备的SERS标签，添加体积比OTA的结合缓冲液：SERS标签＝3：2，37℃下反应1.5h；反应结束后用结合缓冲液清洗3遍；用激光共聚焦拉曼显微仪检测各球NBA拉曼特征峰强度，具体条件为：785nm，550mA，积分时间3s。根据得到的拉曼特征峰强度并对应不同浓度的OTA，即可得到OTA的标准曲线，见图8。
实施例7
特异性测试用样品溶液的制备：用BB缓冲液将OTA标准品、OTB标准品、玉米赤霉烯酮(ZEN)标准品、黄曲霉毒素B1(AFB1)标准品、黄曲霉毒素B2(AFB2)标准品、黄曲霉毒素G2(AFG2)标准品和呕吐毒素(DON)标准品稀释至1ng/mL。
采用实施例6相同的检测方法向各管微球中分别加入1ng/mL的OTA标准品、OTB标准品、玉米赤霉烯酮(ZEN)标准品、黄曲霉毒素B1(AFB1)标准品、黄曲霉毒素B2(AFB2)标准品、黄曲霉毒素G2(AFG2)标准品和呕吐毒素(DON)标准品(相同浓度的七种标准品加入离心管)，进行特异性试验，特异性如图9所示，其他种类毒素添加信号较高，对OTA检测干扰很小，说明具有良好的检测特异性。
实施例8
将薏米、莲子和百合使用中药粉碎机粉碎，分别过20目筛，称取试样各5g于100mL的三角瓶中，应用100％甲醇溶液稀释成0、0.1、1、10ng/mL的OTA标准液，分别加入到5g三种谷物样品中，充分混合试样后，将其放入通风处内，直至溶剂蒸发完全。向其中加入提取剂(甲醇：水＝7：3)15mL，在摇床内150r/min，提取2小时，用Whatman滤纸过滤，0.45μm的滤膜再过滤，滤液即为待测样品。
竞争免疫检测：将实施例1制备的光子晶体微球SERS基底至于离心管中，每管8球，然后向各管微球中分别加入上述提取的谷物待测样品(提取的谷物待测样品是用于检测试样中的OTA)的结合缓冲液(10μL/球)和实施例1制备的SERS标签，添加体积比为结合缓冲液：SERS标签＝3：2，37℃下反应1.5h，反应结束后用结合缓冲液清洗4遍；用激光共聚焦拉曼显微仪检测各球NBA拉曼特征峰强度，785nm条件下，550mA，积分时间3s。根据NBA拉曼特征峰强度值计算回收率，回收率计算公式如下：
样品中待测样品检测结果见表1。
表1谷物待测样品中OTA检测
通过表1可知，通过本方法建立赭曲霉毒素A的检测范围为0.01-10ng/mL，在薏米、莲子和百合中的回收率在71.25％±4.13～107.97％±4.17之间；说明本发明制备的光子晶体修饰微球可有效检测谷物中的OTA，检测限低，检测效果好。
同样将上述制备的待测样品取1mL，吹干后加入1mL的PBS缓冲液即可以得到浓度分别为0、0.1、1、10ng/mL的OTA样品溶液。采用酶联免疫法(ELISA)检测,按照实施例8计算方式计算回收率。样品中待测样品ELISA检测回收率结果见表2。
表2ELISA法测得谷物中OTA的回收率
通过表2可知，通过ELISA法建立赭曲霉毒素A的检测范围为0.01-10ng/mL，在薏米、莲子和百合中的回收率在80.37％±16.80～109.25％±2.37之间；相比于本发明的方法，本发明制备的光子晶体修饰微球可有效检测谷物中的OTA，检测效果好，检测灵敏度高，检测样品试剂仅仅需要10μL/球，检测时间不足1min/球，不需要毒素抗体，避免了出现假阳性现象。
序列表
<110> 南京师范大学
<120> 一种基于光子晶体微球的SERS传感器及其制备方法和应用
<160> 2
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 10
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
tgtccgatgc 10
<210> 2
<211> 36
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
gatcgggtgt gggtggcgta aagggagcat cggaca 36
Claims (10)
1.一种基于光子晶体微球的SERS传感器，其特征在于：是由SERS基底和SERS标签组成；所述SERS基底是连接有OTA适配体互补链和金纳米颗粒的光子晶体微球；所述SERS标签是连接有尼罗蓝和OTA适配体链的金纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种基于光子晶体微球的SERS传感器，其特征在于：所述SERS基底由光子晶体微球表面先进行羟基化修饰，再进行氨基化修饰，然后物理吸附金纳米颗粒，最后通过Au-S键固定OTA适配体互补链制得；其中，所述OTA适配体互补链为5′-SH-(CH2)6-TGT-CCG-ATG-C-3′。
3.根据权利有要求1所述的一种基于光子晶体微球的SERS传感器，其特征在于：所述SERS标签是由金纳米颗粒上表面先物理吸附尼罗蓝，再分别修饰甲氧基聚乙二醇巯基和巯基聚乙二醇羧基，最后在EDC和NHS的激活下通过共价键连接OTA适配体链制得；其中，所述OTA适配体链为5′-NH2-(CH2)6-GAT-CGG-GTG-TGG-GTG-GCG-TAA-AGG-GAG-CAT-CGG-ACA-3′。
4.一种权利要求1所述的基于光子晶体微球的SERS传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备光子晶体微球；
(2)通过双氧水与浓硫酸对步骤(1)制备的光子晶体微球表面进行羟基化修饰，再用3-氨基丙基三乙氧基硅烷对微球表面进行氨基化修饰，最后清洗、烘干备用；
(3)向沸水中先后加入氯金酸溶液和柠檬酸三钠水溶液，加热搅拌至溶液颜色不再变化，冷却至室温后进行离心、浓缩得到浓缩金溶液；
(4)将步骤(2)得到的表面修饰的光子晶体微球置于浓缩金溶液中进行震荡，然后加入OTA适配体互补链溶液，通过Au-S键在吸附完成的光子晶体微球表面连接OTA适配体互补链，得到SERS基底；
(5)将尼罗蓝溶液加入到步骤(3)得到的浓缩金溶液中，然后加入甲氧基聚乙二醇巯基溶液和巯基聚乙二醇羧基溶液，在室温震荡反应，反应结束后浓缩并继续添加1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液和N-羟基琥珀酰亚胺溶液震荡，得到标签混合溶液，最后与OTA适配体链溶液混合，通过共价键在金纳米颗粒表面连接OTA适配体链，得到SERS标签。
5.根据权利要求4所述的基于光子晶体微球的SERS传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，OTA适配体互补链溶液配制成浓度为25～400nM的DNA溶液，按3～5μL/球固定于的微球表面。
6.根据权利要求4所述的基于光子晶体微球的SERS传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，OTA适配体链溶液配制成浓度为50～800nM的DNA溶液；其中，标签混合溶液与OTA适配体链溶液的体积比为1：1。
7.根据权利要求4所述的基于光子晶体微球的SERS传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，每22.5mL的浓缩金溶液中，添加1～5mL浓度为2μM的尼罗蓝溶液、0.5～1mL浓度为10μM的巯基聚乙二醇羧基溶液、3～8mL浓度为50μM的甲氧基聚乙二醇巯基溶液、3～6μL浓度为40mg/mL的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液和3～6μL浓度为110mg/mL的N-羟基琥珀酰亚胺溶液。
8.根据权利要求4所述的基于光子晶体微球的SERS传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，每50mL的沸水中，分别添加0.25mL的质量浓度为2％的氯金酸溶液和0.3～0.4mL的质量浓度为1％的柠檬酸三钠水溶液。
9.一种权利要求1-3任一项所述的基于光子晶体微球的SERS传感器在赭曲霉毒素A的定量检测分析中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述定量检测分析的具体过程为：向SERS基底中分别加入含不同浓度赭曲霉毒素A试样的结合缓冲液，然后加入SERS标签溶液，使赭曲霉毒素A和SERS基底上的OTA适配体互补链分别与SERS标签上的OTA适配体链竞争反应，通过检测结合在SERS标签上NBA特征峰信号强度，实现对赭曲霉毒素A的定量检测分析；其中，结合缓冲液与SERS标签溶液的体积比为3：2，竞争反应温度为37℃，竞争反应时间为90min；检测NBA拉曼特征峰的拉曼位移为570～580cm-1。
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