基于层状二硫化钼纳米片及其复合纳米材料的食源性致病菌阻抗传感方法研究

The pollution of pathogenic bacteria has become one of the most severe problems in the field of food safety. Escheriachia coli O157:H7 (E. coli O157:H7) has been considered as one of pathogenic bacteria that has significant impact on people health, due to the immeasurable economy losses raised from the numerous break incidents. Therefore, the development of effective and rapid methods for the determination of E. coli O157:H7 is highly desired. However, the common detection methods suffer from low sensitivity, complex operation, and expensive instruments. In this proposal, we developed a novel impedimetric method based on layered nanomaterial MoS2 and its nanocomposites for the detection of E. coli O157:H7 in food samples. Based on the combination of the most novel research achievements in the field of impedance technology with nanotechnology, this method could solve the problems existing in traditional methods for foodborne pathogens detection. Several impedance sensors based on layered nanomaterial MoS2 and its nanocomposites were constructed in order to study the impedance response mechanism. By optimizing the detection parameters, an impedance analytical mode was established. In addition, the feasibility of the impedance biosensor for the detection of E. coli O157:H7 in real samples was studied by the incorporation of microfluidic technique. This research would accelerate the pace of application of nanotechnology in the field of foodborne pathogens detection.

食品中致病菌污染已成为影响食品安全的最突出问题之一。近几年大肠杆菌O157:H7的频频暴发对我国经济造成了重大损失，我国已将其列为21世纪对中国人卫生健康具有重大影响的病源微生物之一。然而大肠杆菌O157:H7传统快速检测方法中存在着检测灵敏度低、操作过程繁琐、检测仪器昂贵等问题。针对传统快速检测方法在食源性致病菌检测领域发展所遇到的瓶颈，同时基于阻抗分析方法和纳米技术领域的最新研究成果，提出基于层状二硫化钼纳米片及其复合纳米材料的阻抗分析方法用于食品中食源性致病菌快速检测。以大肠杆菌O157:H7为研究对象，研制基于层状二硫化钼纳米片及其复合纳米材料的阻抗传感器件，系统研究其阻抗响应机理，优化检测参数，建立基于二硫化钼及其复合纳米材料的阻抗分析模型。在此基础上，结合微流控技术，对食品样品中大肠杆菌O157:H7检测的可行性进行试验研究。研究成果将有助于推动纳米技术在致病菌检测领域的应用。

食品中致病菌污染已成为影响食品安全的最突出问题之一。近几年大肠杆菌O157:H7的频频暴发对我国经济造成了重大损失，我国已将其列为21世纪对中国人卫生健康具有重大影响的病源微生物之一。然而大肠杆菌O157:H7传统快速检测方法中存在着检测灵敏度低、操作过程繁琐、检测仪器昂贵等问题。针对传统快速检测方法在食源性致病菌检测领域发展所遇到的瓶颈，同时基于阻抗分析方法和纳米技术领域的最新研究成果，提出基于层状过渡金属硫族化合物纳米片及其复合纳米材料的阻抗分析方法用于食品中食源性致病菌快速检测。以大肠杆菌O157:H7为研究对象，研制基于层状过渡金属硫族化合物纳米片及其复合纳米材料的阻抗传感器件，系统研究其阻抗响应机理，优化检测参数，建立基于过渡金属硫族化合物纳米片及其复合纳米材料的两种阻抗分析模型。（1）采用电化学锂插法剥离单层二硫化钼钨（Mo0.7W0.3S2）纳米片，表征证明制备的Mo0.7W0.3S2为单层结构，大小为0.1~2 μm，厚度为0.9~1.6 nm，性质稳定，在水溶液中分散性良好。采用电化学沉积法在其表面生长金纳米颗粒（Au NPs），扫描电镜显示金纳米颗粒直径为~30 nm，分布均匀致密。构建基于金纳米颗粒/二硫化钼钨复合纳米材料（Au NPs/ Mo0.7W0.3S2）的免疫传感器用于大肠杆菌O157:H7的检测，检测范围为2.1 × 103~2.1 ×107 cfu mL-1，检测限为2.1 ×103 cfu mL-1。（2）采用正丁基锂化学法剥离二硫化钼（MoS2）纳米片，表征证明二硫化钼纳米片为少层结构，大小为几百纳米到几微米之间，厚度为1.6 nm，并且为金属相结构。采用浸润法在其表面生长金纳米颗粒（Au NPs），金纳米颗粒直径小于10 nm，分布均匀致密。构建于金纳米颗粒/二硫化钼复合纳米材料（Au NPs/MoS2）的免疫传感器用于大肠杆菌O157:H7的检测，检测范围为8.9 × 102~8.9 ×106 cfu mL-1，检测限为8.9 ×102 cfu mL-1。构建两代微流控系统，优化系统结构，并结合Au NPs/MoS2的检测模型，用于实际样品（牛肉、菠菜、牛奶）中大肠杆菌O157:H7的检测，回收率为101.7%~104.7%之间。。研究成果将有助于推动纳米技术在致病菌检测领域的应用。