纳米粒子在食源性致病菌检测中的应用进展
发布时间：2022-01-07 13:16
食品安全事关人民群众的身体健康和生命安全,而食源性致病菌是食品安全的主要影响因素。由食源性致病菌引起的疾病和死亡持续威胁着全球的公共卫生安全。因此,开发快速、准确且灵敏的食源性致病菌检测方法是预防食源性疾病暴发和确保食品安全的关键。常规检测方法费时费力,需要昂贵的设备和专业的人员,应用受限。近年来,随着纳米技术的快速发展,纳米粒子凭借其小尺寸、高比表面积和高反应活性等理化特性成为食源性致病菌检测领域的研究热点。此外,将识别元件修饰于纳米粒子表面并结合新颖的分析技术,能提高检测的特异性和灵敏度。该综述主要总结和比较了磁性纳米粒子、贵金属纳米粒子、荧光纳米粒子和二氧化硅纳米粒子在食源性致病菌检测中的应用,以期为食源性致病菌的快速分析提供思路。
【文章来源】：分析测试学报. 2020,39(09)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
基于MNPs的SERS分析示意图[18]
AuNPs具有易于合成和表面修饰、理化性质稳定、生物相容性好等优点,是食源性致病菌检测中较为常用的纳米粒子[34]。将识别元件修饰在AuNPs表面,构建功能化金纳米探针,能用于食源性致病菌的特异性检测。粒径较小的AuNPs存在强烈的局部表面等离子体共振(Local surface plasmon resonance,LSPR),在水溶液中通常呈红色,当AuNPs聚集时溶液颜色由红色变为蓝色,为比色分析提供了可能[35]。比色分析不需借助复杂仪器,可以用肉眼直接观察,因此适用于现场快速检测。例如,Verdoodt等[36]提出了一种基于抗体修饰的AuNPs检测乳酸杆菌属和金黄色葡萄球菌的比色方法,AuNPs通过抗体-抗原相互作用特异性识别目标细菌,在聚集时发生颜色变化。整个检测过程仅需1 min,乳酸杆菌和金黄色葡萄球菌的LOD分别为105 CFU/mL和120 CFU/mL。Ma等[37]也报道了一种类似的方法,将适配体修饰到AuNPs表面,通过适配体与细菌特异性结合使AuNPs发生聚集,颜色先由红色转变为紫色,再转变为蓝色。该方法对鼠伤寒沙门氏菌的LOD低至56 CFU/mL。最近,Zheng等[38]将AuNPs比色与智能手机成像结合,建立了一种快速检测大肠杆菌的方法,LOD为50 CFU/mL。为了提高比色方法的灵敏度,Thiramanas等[39]基于带正电的AuNPs与带负电的细菌细胞壁及酶之间的竞争性静电相互作用,提出了一种简单快速的细菌比色分析方法(图2)。该法对大肠杆菌的LOD低至10 CFU/mL。尽管AuNPs比色法简单、快速,但如何控制纳米粒子的聚集程度仍是难题[40],因此,基于聚集的比色方法可能很难发展为日常生活中食源性致病菌的定量检测方法。除比色分析外,AuNPs还常与免疫层析技术结合,不需借助任何大型复杂仪器,无需专业操作人员,快速、高效、低成本地检测食源性致病菌,适用于现场检测。Song等[41]采用基于双单克隆抗体的AuNPs免疫层析试纸条快速同时检测了志贺氏菌和大肠杆菌O157:H7,LOD均为106 CFU/mL。虽然免疫层析技术优点众多,但是由于AuNPs本身不发光,需要大量粒子聚集方能变色,导致检测灵敏度较低。Bu等[42]利用金增强方法提高了传统AuNPs层析试纸条的灵敏度,用于对肠炎沙门氏菌的检测,增强后灵敏度提高2个数量级,LOD为104 CFU/mL。Fu等[43]结合金增强和酶催化的两步级联信号放大策略提高灵敏度,用于大肠杆菌O157:H7的检测,LOD为1.25×101 CFU/mL,比传统AuNPs免疫层析法(5.0×103 CFU/mL)低约400倍。
除比色分析外,AuNPs还常与免疫层析技术结合,不需借助任何大型复杂仪器,无需专业操作人员,快速、高效、低成本地检测食源性致病菌,适用于现场检测。Song等[41]采用基于双单克隆抗体的AuNPs免疫层析试纸条快速同时检测了志贺氏菌和大肠杆菌O157:H7,LOD均为106 CFU/mL。虽然免疫层析技术优点众多,但是由于AuNPs本身不发光,需要大量粒子聚集方能变色,导致检测灵敏度较低。Bu等[42]利用金增强方法提高了传统AuNPs层析试纸条的灵敏度,用于对肠炎沙门氏菌的检测,增强后灵敏度提高2个数量级,LOD为104 CFU/mL。Fu等[43]结合金增强和酶催化的两步级联信号放大策略提高灵敏度,用于大肠杆菌O157:H7的检测,LOD为1.25×101 CFU/mL,比传统AuNPs免疫层析法(5.0×103 CFU/mL)低约400倍。此外,AuNPs表面电子的集体振荡还被用于金属纳米表面拉曼散射的高度放大[44]。由于拉曼光谱上的振动或旋转跃迁对应于细菌细胞表面的特定分子结构,从而提供了一组化学“指纹”,这些“指纹”图谱有助于区分不同种类的细菌细胞,从而实现多种细菌的同时检测[45]。为了提高方法的特异性,研究者将拉曼标记分子与目标细菌结合,开发了一种SERS标记策略。例如,Zhang等[46]分别将两种不同的拉曼标记分子和适配体修饰在AuNPs上(适配体能特异性识别鼠伤寒沙门氏菌和金黄色葡萄球菌),结合磁性分离,同时检测了鼠伤寒沙门氏菌和金黄色葡萄球菌,不同的拉曼标记分子信号反映不同细菌的含量(图3)。该方法可在3 h内完成检测,对鼠伤寒沙门氏菌和金黄色葡萄球菌的LOD分别为15 CFU/mL和35 CFU/mL。SERS标记策略的不足在于不能直接获得目标细菌的固有“指纹”,且标签的非特异性结合可能导致假阳性信号[47]。尽管基于AuNPs的SERS分析方法较为灵敏,但是在实际的食源性致病菌SERS检测中还需要克服两个障碍:来自纳米材料的光谱干扰及繁琐的样品预处理。
【参考文献】：
期刊论文
[1]共振瑞利散射法和分光光度法快速测定3种细菌悬液的浓度[J]. 曹凯欣,邱佩佩,贺锦灿,邹志辉,白研,毋福海. 广东药科大学学报. 2019(05)
[2]食源性致病菌等温扩增检测技术的研究进展[J]. 葛航,吴朦晨,张明洲,俞晓平. 分析测试学报. 2019(07)
[3]基于纳米材料的可视化比色检测技术在食源性致病菌检测中的应用研究进展[J]. 周静,田风玉,焦必宁,何悦. 食品与发酵工业. 2019(11)
[4]磁性纳米标记检测技术在生物医学即时检测领域的研究进展[J]. 康静茹,杨欣,张德军,胡军,杨海. 分析测试学报. 2019(03)
[5]基于识别分子的磁分离技术在食源性致病菌分离中应用[J]. 王钰童,李晖,杨国泰,孟祥玉,何丽华,许恒毅. 化学通报. 2019(01)
[6]基于生物传感器检测动物源性食品中氨基糖苷类药物残留研究进展[J]. 蔡萍瑶,王佳,陶晓奇. 食品与发酵工业. 2019(10)
[7]基于上转换荧光纳米粒子和金纳米粒子间荧光共振能量转移的高灵敏赭曲霉毒素A检测方法研究[J]. 张莹莹,钱志娟,谢正军,彭池方. 分析测试学报. 2018(01)
[8]金纳米粒子动态光散射技术的应用研究进展[J]. 周宝青,占忠旭,黄楠,李凡,许恒毅. 分析测试学报. 2017(12)
[9]纳米材料在食源性致病菌检测中的应用[J]. 王馨,胡文忠,陈晨,冯可,杨柳. 食品与发酵工业. 2016(06)
[10]磁性纳米粒子的制备及其在重金属离子处理中的应用[J]. 龚子珊,丁国生,唐安娜. 分析测试学报. 2014(02)
本文编号：3574615
【文章来源】：分析测试学报. 2020,39(09)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
基于MNPs的SERS分析示意图[18]
AuNPs具有易于合成和表面修饰、理化性质稳定、生物相容性好等优点,是食源性致病菌检测中较为常用的纳米粒子[34]。将识别元件修饰在AuNPs表面,构建功能化金纳米探针,能用于食源性致病菌的特异性检测。粒径较小的AuNPs存在强烈的局部表面等离子体共振(Local surface plasmon resonance,LSPR),在水溶液中通常呈红色,当AuNPs聚集时溶液颜色由红色变为蓝色,为比色分析提供了可能[35]。比色分析不需借助复杂仪器,可以用肉眼直接观察,因此适用于现场快速检测。例如,Verdoodt等[36]提出了一种基于抗体修饰的AuNPs检测乳酸杆菌属和金黄色葡萄球菌的比色方法,AuNPs通过抗体-抗原相互作用特异性识别目标细菌,在聚集时发生颜色变化。整个检测过程仅需1 min,乳酸杆菌和金黄色葡萄球菌的LOD分别为105 CFU/mL和120 CFU/mL。Ma等[37]也报道了一种类似的方法,将适配体修饰到AuNPs表面,通过适配体与细菌特异性结合使AuNPs发生聚集,颜色先由红色转变为紫色,再转变为蓝色。该方法对鼠伤寒沙门氏菌的LOD低至56 CFU/mL。最近,Zheng等[38]将AuNPs比色与智能手机成像结合,建立了一种快速检测大肠杆菌的方法,LOD为50 CFU/mL。为了提高比色方法的灵敏度,Thiramanas等[39]基于带正电的AuNPs与带负电的细菌细胞壁及酶之间的竞争性静电相互作用,提出了一种简单快速的细菌比色分析方法(图2)。该法对大肠杆菌的LOD低至10 CFU/mL。尽管AuNPs比色法简单、快速,但如何控制纳米粒子的聚集程度仍是难题[40],因此,基于聚集的比色方法可能很难发展为日常生活中食源性致病菌的定量检测方法。除比色分析外,AuNPs还常与免疫层析技术结合,不需借助任何大型复杂仪器,无需专业操作人员,快速、高效、低成本地检测食源性致病菌,适用于现场检测。Song等[41]采用基于双单克隆抗体的AuNPs免疫层析试纸条快速同时检测了志贺氏菌和大肠杆菌O157:H7,LOD均为106 CFU/mL。虽然免疫层析技术优点众多,但是由于AuNPs本身不发光,需要大量粒子聚集方能变色,导致检测灵敏度较低。Bu等[42]利用金增强方法提高了传统AuNPs层析试纸条的灵敏度,用于对肠炎沙门氏菌的检测,增强后灵敏度提高2个数量级,LOD为104 CFU/mL。Fu等[43]结合金增强和酶催化的两步级联信号放大策略提高灵敏度,用于大肠杆菌O157:H7的检测,LOD为1.25×101 CFU/mL,比传统AuNPs免疫层析法(5.0×103 CFU/mL)低约400倍。
除比色分析外,AuNPs还常与免疫层析技术结合,不需借助任何大型复杂仪器,无需专业操作人员,快速、高效、低成本地检测食源性致病菌,适用于现场检测。Song等[41]采用基于双单克隆抗体的AuNPs免疫层析试纸条快速同时检测了志贺氏菌和大肠杆菌O157:H7,LOD均为106 CFU/mL。虽然免疫层析技术优点众多,但是由于AuNPs本身不发光,需要大量粒子聚集方能变色,导致检测灵敏度较低。Bu等[42]利用金增强方法提高了传统AuNPs层析试纸条的灵敏度,用于对肠炎沙门氏菌的检测,增强后灵敏度提高2个数量级,LOD为104 CFU/mL。Fu等[43]结合金增强和酶催化的两步级联信号放大策略提高灵敏度,用于大肠杆菌O157:H7的检测,LOD为1.25×101 CFU/mL,比传统AuNPs免疫层析法(5.0×103 CFU/mL)低约400倍。此外,AuNPs表面电子的集体振荡还被用于金属纳米表面拉曼散射的高度放大[44]。由于拉曼光谱上的振动或旋转跃迁对应于细菌细胞表面的特定分子结构,从而提供了一组化学“指纹”,这些“指纹”图谱有助于区分不同种类的细菌细胞,从而实现多种细菌的同时检测[45]。为了提高方法的特异性,研究者将拉曼标记分子与目标细菌结合,开发了一种SERS标记策略。例如,Zhang等[46]分别将两种不同的拉曼标记分子和适配体修饰在AuNPs上(适配体能特异性识别鼠伤寒沙门氏菌和金黄色葡萄球菌),结合磁性分离,同时检测了鼠伤寒沙门氏菌和金黄色葡萄球菌,不同的拉曼标记分子信号反映不同细菌的含量(图3)。该方法可在3 h内完成检测,对鼠伤寒沙门氏菌和金黄色葡萄球菌的LOD分别为15 CFU/mL和35 CFU/mL。SERS标记策略的不足在于不能直接获得目标细菌的固有“指纹”,且标签的非特异性结合可能导致假阳性信号[47]。尽管基于AuNPs的SERS分析方法较为灵敏,但是在实际的食源性致病菌SERS检测中还需要克服两个障碍:来自纳米材料的光谱干扰及繁琐的样品预处理。
【参考文献】：
期刊论文
[1]共振瑞利散射法和分光光度法快速测定3种细菌悬液的浓度[J]. 曹凯欣,邱佩佩,贺锦灿,邹志辉,白研,毋福海. 广东药科大学学报. 2019(05)
[2]食源性致病菌等温扩增检测技术的研究进展[J]. 葛航,吴朦晨,张明洲,俞晓平. 分析测试学报. 2019(07)
[3]基于纳米材料的可视化比色检测技术在食源性致病菌检测中的应用研究进展[J]. 周静,田风玉,焦必宁,何悦. 食品与发酵工业. 2019(11)
[4]磁性纳米标记检测技术在生物医学即时检测领域的研究进展[J]. 康静茹,杨欣,张德军,胡军,杨海. 分析测试学报. 2019(03)
[5]基于识别分子的磁分离技术在食源性致病菌分离中应用[J]. 王钰童,李晖,杨国泰,孟祥玉,何丽华,许恒毅. 化学通报. 2019(01)
[6]基于生物传感器检测动物源性食品中氨基糖苷类药物残留研究进展[J]. 蔡萍瑶,王佳,陶晓奇. 食品与发酵工业. 2019(10)
[7]基于上转换荧光纳米粒子和金纳米粒子间荧光共振能量转移的高灵敏赭曲霉毒素A检测方法研究[J]. 张莹莹,钱志娟,谢正军,彭池方. 分析测试学报. 2018(01)
[8]金纳米粒子动态光散射技术的应用研究进展[J]. 周宝青,占忠旭,黄楠,李凡,许恒毅. 分析测试学报. 2017(12)
[9]纳米材料在食源性致病菌检测中的应用[J]. 王馨,胡文忠,陈晨,冯可,杨柳. 食品与发酵工业. 2016(06)
[10]磁性纳米粒子的制备及其在重金属离子处理中的应用[J]. 龚子珊,丁国生,唐安娜. 分析测试学报. 2014(02)
本文编号：3574615
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