CN114181834A - 聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子快速富集分离金黄色葡萄球菌的方法 - Google Patents
聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子快速富集分离金黄色葡萄球菌的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子快速富集分离金黄色葡萄球菌的方法,属于生物技术领域。本发明方法包括磁性纳米粒子与聚乙烯亚胺进行偶联、聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子复合物捕获样品液中的目的菌,通过外加磁场的作用,将被捕获目标菌与样品液进行分离及重悬等步骤。本发明通过磁分离捕获到的目的菌可以直接进行后续分析;与传统的细菌磁分离方法相比,本发明方法可以对食品基质中的大部分细菌进行磁分离,不仅提高了样品中金黄色葡萄球菌分离效率,同时也降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于生物技术领域,具体涉及聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子快速富集分离金黄色葡萄球菌的方法。
背景技术
金黄色葡萄球菌是一种常见的食源性病原体,可分泌肠毒素污染食物。由金黄色葡萄球菌引起的疾病主要有菌血症、感染性心内膜炎以及骨关节、皮肤和软组织胸膜相关感染。1998年至2008年间,美国报告的食源性疾病确诊原因中约有87%是由金黄色葡萄球菌引起的。许多研究已证明肉制品是受金黄色葡萄球菌食源性感染的主要基质。因此,开发一种用于检测牛肉产品中金黄色葡萄球菌的快速筛查方法是必要的。鉴于需要建立一种高效、快速的检测方法,基于功能化的磁性纳米粒子的分离技术在致病菌检测中得到了迅速发展。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子快速富集分离金黄色葡萄球菌的方法,该方法可以在低梯度磁场下从复杂基质中快速、特异性分离目的菌金黄色葡萄球菌,捕获效率高、操作简便、分离时间短。
本发明具体是通过如下技术方案实现的:
聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子快速富集分离金黄色葡萄球菌的方法,包括以下步骤:
1)将磁性纳米粒子洗涤后重悬于无菌PBS溶液中;
2)将EDC和NHSS分别溶解于无菌PBS溶液,然后加入至步骤1)所得溶液,室温条件下活化1h,将活化后的磁性纳米粒子再次洗涤重悬;
3)将聚乙烯亚胺溶于无菌PBS溶液,然后加入至步骤2)活化后再次洗涤的磁性纳米粒子溶液,反应4h,所得反应产物洗涤重悬后得到聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子复合物;
4)将步骤3)制备得到的聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子复合物加入至含金黄色葡萄球菌的溶液中,37℃条件下以180rpm混匀孵育2min,然后插入磁力架分离3min,分离产物洗涤后重悬即得金黄色葡萄球菌-聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子复合物。
进一步地,步骤1)所述磁性纳米粒子表面修饰羧基,其粒径为180nm。
进一步地,所述洗涤、重悬均采用无菌PBS溶液。
进一步地,所述无菌PBS溶液的浓度为0.01M,pH为7.4。
进一步地,步骤3)所述聚乙烯亚胺为支链化,其分子量为5000Da。
本发明采用支链化的聚乙烯亚胺,其富含氨基,可通过氨基与磁性纳米粒子表面的羧基相连,然后聚乙烯亚胺通过静电吸附与金黄色葡萄球菌表面的磷酸基等负电荷基团相连,从而达到本发明富集分离的目的。具体原理见图1。
进一步地,步骤1)所述磁性纳米粒子与步骤3)所述聚乙烯亚胺的质量比为4:3。
进一步地,步骤2)所述EDC和NHSS的质量比为2.90:3.25。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1.本方法适用于从复杂样品基质中富集分离金黄色葡萄球菌,如食品样品等。食品样品包括各类新鲜或冷冻加工后的食品材质,如新鲜蔬菜、肉类、海鲜类等产品。样品处理按照常规处理方法即可,如将样品粉碎后制成待测溶液。
2.本发明采用粒径180nm的磁性纳米粒子,主要用于基质中目标菌的快速富集,而现有技术采用粒径30nm或者50nm磁珠结合树状分子的富集方法是用于磁信号的放大。
3.本发明采用的聚乙烯亚胺是带有强正电的阳离子聚合物,相比于抗体,具有稳定性好、成本低、质量可控等优点。基于上述优点,在单次分离过程中,本发明构建的聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子复合物在成本上较免疫磁分离成本大大降低;在材料保存方面较免疫磁珠保质期也更长。
4.食品基质是多种致病菌共存的环境。本发明采用的聚乙烯亚胺是广谱的识别细菌的分子识别剂,用于分离基质中的细菌是一种通用的分离策略,可以将基质中的大多数细菌都分离出来,然后通过聚合酶链式反应(PCR)或选择性培养进行鉴别。相比之下,抗体因其只能专一的识别,从而分离出对应的目标菌,其他存在于基质中的致病菌无法鉴别,不适用于快速筛查大量未知目标菌的样本。
5.本发明合成的聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子复合物是先通过EDC和NHSS将磁性纳米粒子表面的羧基活化,然后再利用活化后的羧基与聚乙烯亚胺上的氨基进行共价结合,将聚乙烯亚胺偶联到磁性纳米粒子表面。相比于牛血清蛋白或者聚乙二醇介导偶联的方法,本发明的聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子复合物合成方法更为简单,耗时更短且成本更低。
6.本发明将支链化的聚乙烯亚胺修饰于磁性纳米粒子表面,相比于多聚赖氨酸(PLL)修饰磁性纳米粒子的方法,本发明中使用的支链化的聚乙烯亚胺分子含有更多的氨基,带有更强的正电荷,聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子复合物可以达到更好的分离效率,且分离时间更短。
7.本发明合成的聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子复合物是通过聚乙烯亚胺表面的氨基结构与金黄色葡萄球菌表面丰富的官能团相互作用,包括静电相互作用、疏水作用和氢键等,相比于抗体或抗生素等识别分子基于特定生物标志物受体的相互作用方法,本发明的聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子复合物与细菌相互作用力更强,分离金黄色葡萄球菌的能力更强,特别适用于复杂样品中金黄色葡萄球菌的富集分离。
附图说明
图1为本发明涉及的磁分离技术的操作流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明所选磁性纳米粒子(180nm)购买于上海奥润有限公司。
本发明所选支链化聚乙烯亚胺(分子量5000Da)购自上海源叶生物科技有限公司。
NHSS(N-羟基丁二酰亚胺),EDC(乙基3-(3-二甲氨基)碳二亚胺盐酸盐)等均为常规试剂,不再赘述。
本发明所用0.01M PBS配制方法为:8.0g NaCl、0.2g KCl、0.24g KH2PO4、1.44gNa2HPO4溶解于800mL蒸馏水中,用5M NaOH调整pH至7.4,再定容至1000mL即得。
实施例1
1.聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子复合物合成,按照如下步骤制备:
(1)吸取1mL磁性纳米粒子(10mg/mL),加入到9mL pH 7.4的无菌的PBS溶液中,然后在外加磁场的作用下,对磁性纳米粒子进行洗涤,重复3次,将洗涤后的磁性纳米粒子重悬于9mL无菌的PBS溶液中;
(2)称取2.9mg EDC溶于290μL无菌的PBS中,称取3.25mg NHSS溶于325μL无菌的PBS中,然后将溶解后的EDC和NHSS加入到洗涤过的磁性纳米粒子溶液中,再加入9mL无菌PBS,室温活化1h;
(3)将活化后磁性纳米粒子用无菌的PBS洗涤3次,重悬于9mL无菌的PBS溶液中;
(4)称取聚乙烯亚胺7.5mg,溶解到750μL无菌的PBS溶液中,然后加入到活化后的磁性纳米粒子溶液中,反应4h,然后用无菌的PBS洗涤3次,重悬于10mL无菌的PBS溶液中,得到终浓度为1mg/mL的聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子复合物,用于富集分离金黄色葡萄球菌。
2.富集捕获:取1mL待测样品溶液,加入60μg聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子复合物,置于混匀仪上,以180rpm的转速37℃孵育2min,形成金黄色葡萄球菌-聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子复合物;将离心管插入磁力架分离3min,磁力分离后,用无菌的PBS溶液清洗后重悬即得金黄色葡萄球菌-聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子复合物。
实施例2
富集效果实验
(1)取1mL浓度为104CFU/mL的金黄色葡萄球菌1.5mL无菌离心管中,12000rpm离心5min,弃上清,用等体积无菌PBS溶液重悬。
(2)分别设置本发明技术方案组:磁性纳米粒子、聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子组富集目的菌。
(3)磁分离后,将上清液转入无菌离心管中,而分离得到的金黄色葡萄球菌的聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子则用PBS清洗两次,混合均匀,并用1mL无菌PBS溶液重悬金黄色葡萄球菌-聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子复合物。
(4)捕获率计算:将各组富集的目的菌重悬液进行梯度稀释后,用平板对每个梯度计数,通过捕获效率公式计算目标菌的捕获效率,每次实验重复三次。各组捕获效率的计算公式如下:[被富集吸附的菌落总数/(上清液中菌落总数+被富集吸附的菌落总数)]×100%。
所述各组富集捕获目的菌的方案如下:
a.本发明技术方案组(聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子)富集捕获目的菌方案如实施例1,具体如下:将60μg聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子复合物加入到含有目标菌离心管中,置于混匀仪上,以180rpm的转速37℃孵育2min。将离心管置于常规磁力架分离3min。
b.磁性纳米粒子组富集捕获目的菌方案具体如下:
将60μg磁性纳米粒子加入到含有目标菌的离心管中,置于混匀仪上,以180rpm的转速37℃孵育2min。最后将离心管置于常规磁力架分离3min。
各组捕获效率如表1所示。
表1
磁性纳米粒子 | 聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子 | |
捕获效率/% | 31.2 | 97.4 |
实验结果表明,聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子组的捕获效率明显高于磁性纳米粒子组捕获效率,这说明材料与金黄色葡萄球菌的相互作用主要是依靠聚乙烯亚胺的强正电特性,因此在短时间内就能分离富集较多的目标菌,说明聚乙烯亚胺分子用来捕获目标菌具有较好的效果。
实施例3
将无菌肉类粉碎,按常规方式制成待测样品溶液,加入金黄色葡萄球菌调节菌落浓度至104CFU/mL备用。
将制备好的聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子(60μg)分别加入到样品溶液中,置于混匀仪上,以180rpm的转速37℃孵育2min。置于常规磁力架上磁分离3min。将上清液倒入无菌离心管中,而分离出来捕获有金黄色葡萄球菌-聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子复合物则用无菌PBS清洗两次,用1mL无菌PBS重悬并混合均匀。捕获率如实施例2方法获得,其余同实施例2。结果见表2,表明本方案能高效富集分离样品中的金黄色葡萄球菌。
实施例4
无菌蔬菜粉碎,按常规方式制成待测样品溶液,加入金黄色葡萄球菌调节菌落浓度至104CFU/mL。其余同实施例3。
表2
实际样品 | 聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子组捕获效率/% |
实施例3 | 80.5 |
实施例4 | 87.3 |
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其限制;尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本申请的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换,其均应涵盖在本申请请求保护的技术方案范围当中。
Claims (7)
1.聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子快速富集分离金黄色葡萄球菌的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将磁性纳米粒子洗涤后重悬于无菌PBS溶液中;
2)将EDC和NHSS分别溶解于无菌PBS溶液,然后加入至步骤1)所得溶液,室温条件下活化1h,将活化后的磁性纳米粒子再次洗涤重悬;
3)将聚乙烯亚胺溶于无菌PBS溶液,然后加入至步骤2)活化后再次洗涤的磁性纳米粒子溶液,反应4h,所得反应产物洗涤重悬后得到聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子复合物;
4)将步骤3)制备得到的聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子复合物加入至含金黄色葡萄球菌的溶液中,37℃条件下以180rpm混匀孵育2min,然后插入磁力架分离3min,分离产物洗涤后重悬即得金黄色葡萄球菌-聚乙烯亚胺-磁性纳米粒子复合物。
2.根据权利要求1所述聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子快速富集分离金黄色葡萄球菌的方法,其特征在于,步骤1)所述磁性纳米粒子表面修饰羧基,其粒径为180nm。
3.根据权利要求1所述聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子快速富集分离金黄色葡萄球菌的方法,其特征在于,所述洗涤、重悬均采用无菌PBS溶液。
4.根据权利要求1或3所述聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子快速富集分离金黄色葡萄球菌的方法,其特征在于,所述无菌PBS溶液的浓度为0.01M,pH为7.4。
5.根据权利要求1所述聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子快速富集分离金黄色葡萄球菌的方法,其特征在于,步骤3)所述聚乙烯亚胺为支链化,其分子量为5000Da。
6.根据权利要求1所述聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子快速富集分离金黄色葡萄球菌的方法,其特征在于,步骤1)所述磁性纳米粒子与步骤3)所述聚乙烯亚胺的质量比为4:3。
7.根据权利要求1所述聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子快速富集分离金黄色葡萄球菌的方法,其特征在于,步骤2)所述EDC和NHSS的质量比为2.90:3.25。
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