快速检测复杂基质中食源性致病菌的SPR生物传感器研究

食品安全已成为当今世界性公共卫生热点，其中微生物性危害是最突出的问题之一。研究快速、灵敏和准确的检测技术和方法是提高我国食品安全快速检测能力的关键技术措施。尽管市场上存在各种快速技术和仪器（如试剂条、盒等），但基质对检测结果干扰大以及这类检测技术普遍存在灵敏度低，非定量检测等问题。本研究采用表面等离子体共振（SPR）生物传感器技术来检测致病菌。此技术具有免标记、实时在线检测、高灵敏度和选择性等优点，而备受研究者关注。研究旋转磁场使已包被待测目标抗体的免疫磁珠在被测样品中和目标物充分结合，并控制免疫磁珠驱使已捕获的被测目标从溶液中快速分离，起到浓缩和提纯作用；通过研究采用适当的电场控制来提高传感器芯片表面的抗体固定密度以及用磁场引导已经提纯的目标物和芯片上抗体的充分结合，以获得最优生物学反应信号。由于结合快速提纯，提高抗体固定密度以及采用免疫磁珠信号放大作用，使得此研究具有非常重要的意义。

食品安全已成为当今世界性公共卫生热点，其中微生物性危害是最突出的问题之一。本研究采用SPR生物传感器技术、免疫磁分离技术、原子力显微镜等手段对复杂背景下的致病菌进行检测研究，取得了以下成果：建立了快速分离复杂基质中致病菌的免疫磁分离方法并搭建研究平台，开发了相应的控制软件，并实现了在复杂背景下对目标致病菌的提纯和浓缩以及信号放大作用。研究表明，在相同的磁场控制条件下，微米免疫磁珠比纳米免疫磁珠在分离效果上具有较大的优势，如有更快的分离时间，更高的捕获率（可达90%以上）等优点。搭建了多通道小型SPR生物传感器检测研究样机系统，开发了相应的控制管理软件，软件可设置SPR生物传感器的测量参数，并对多通道SPR传感器数据进行实时采集，通过与商业仪器比对评估和完善其性能。由于致病菌与抗体的尺寸相差悬殊，容易导致致病菌捕获时SPR生物传感器信号的不稳定，因此本研究创新地把原来用于检测小分子的竞争法移植到致病菌检测研究上。先在含有待测致病菌的缓冲液加入已知浓度的抗体，然后在SPR传感器上固定二抗，最后用SPR生物传感器检测剩余的抗体浓度，从而得出待测致病菌的浓度，结果表明这种方法较ELISA优，非常适合SPR生物传感器检测致病菌研究，获得的信号稳定性好。进行抗体在SPR传感器上固定的关键技术研究。研究了基于金黄色葡萄球菌白蛋白的吸附法，共价结合固定法以及基于生物素-亲和素体系的固定法。尽管吸附法可以增加SPR传感器的重复使用次数，但是它固定的生物分子特异性和稳定性较差，生物分子易环境因素的影响而脱落。而生物素和亲和素固定方法相比于其它的抗体固定方法有其独特优势，可以增加传感器表面抗体的覆盖量，更多地减少非特异性吸附的发生，提高传感器的信噪比，因此它和共价结合法都能用于稳定地检测致病菌研究。搭建了用于抗体固定信号增强的电场控制装置，研究了信号放大方法，包括细菌破碎法。尽管抗体具有高的亲和力、特异性使其成为是最为普遍的分子识别元件，但是也具有试剂昂贵等问题，因此本研究另辟蹊径，采用凝集素替代抗体来特异性地检测致病菌，并获得较低的检测限，研究成果已经发表。实验表明在一定的浓度范围内，凝集素的检测性能比抗体更优。以上研究成果为快速检测致病菌的生物传感器研究开发提供了理论依据。目前本项目已经发表5篇学术论文，其中SCI收录5篇，EI收录2篇。