基于金属增强荧光原理快速检测食源性致病菌新方法的研究

Foodborn pathogen is the most important problem which affects global food safety. However, it usually takes long time and high cost for detection of pathogen with the current used detection assay, which requires skillful operation and makes it impossible for rapid detection of pathogen in-situ. Instructed by the important national policy on augmenting supervision and administration of food safety, this project focuses on developing novel strategies for rapid detection of foodborn pathogen. By exploring metal-enhanced-fluorescence mechanism and the related factors, a series of novel fluorescence probes with excellent stability and high quantum yield are synthesized. Meanwhile, rapid and simple detection assays with excellent sensitivity are developed by combining nanotechnology and molecular biology technology. Cost-effect test papers are further investigated on the basis of the developed assay. Furthermore, the integration of molecular logic gates provides a novel way for intelligent detection which can simplify the data analysis process and reduce requirement of professional acknowledge for technicians. The implementation of this project may promote the development of rapid detection on foodborn pathogen.

食源性致病菌是影响全球食品安全的首要问题。目前所用食源性致病菌检测方法耗时长、检测费用高，对检测人员技术水平要求高，不能满足现场快速检测的需求。本申请项目以国家对加强食品安全监管、确保食品安全的重要国策为指导，以食源性致病菌为检测对象，以发展食源性致病菌快速检测新方法新技术为研究目标，将金属增强荧光机理引入到液相分析检测体系，通过对相关机理及影响因素进行系统研究，合成光学性能稳定、量子产率高的新型荧光探针，为食品安全快速检测提供新途径。以此为切入点，将纳米技术与分子生物学技术相结合，一方面致力于提高检测灵敏度，另一方面在确保检测灵敏度的前提下，尽可能地简化实验操作及实验成本，发展简单、快速检测新方法，与纸芯片技术相结合制备试纸条。与分子逻辑门分析体系有机结合，从全新角度发展智能化快速检测新方法，简化数据分析过程，促进食品安全快速检测的发展。

食源性致病菌的现场快速检测对确保食品安全及国民健康意义重大，但是目前食源性致病菌检测方法耗时长、检测费用高及对检测人员技术水平要求高，不能满足现场快速检测的需求。针对这一问题，本项目以常见致病菌菌株及致病菌基因为主要研究对象，利用纳米技术及分子生物技术等制备一系列新型生物传感器，实现致病菌的多元区分和快速检测，为食品安全快速检测提供新途径。考虑到完成致病菌检测后如果处理不当也会引起二次污染，因此，本项目进一步发展了集高灵敏快速检测及高效灭菌一体化新体系，极大地降低了致病菌的二次污染及传播。项目执行中制备了具有金属增强荧光及拉曼信号的金基底，构建了无干扰SERS平台，实现了荧光成像及温度双模式致病菌快检，并应用于全血中细菌的超灵敏检测及光热灭活。为了提高检测准确度，开发了可进行压力、温度双模式便携式快速检测纳米传感体系，实现了致病菌的高灵敏检测，并可在完成检测后实现光热灭菌，灭菌率达到99%，有效防止了细菌的二次繁殖。该体系利用光热产气的策略使得检测体系更加稳定，且操作简便。与其它利用双氧水分解产生气压变化的实验相比，避免了假阳性信号的出现。基于碳量子点及糖代谢触发策略，以pH计为检测手段实现多元致病菌检测与区分。开发了荧光-比色双通道试纸条，以智能手机为检测模式，实现了快速检测食源性致病菌。相关研究基于所发展检测策略研制试纸条、试剂盒，以手机、便携式气压计及温敏计等作为便携式检测手段，确保了检测的准确度及灵敏度，并实现了现场快速定性定量检测。所发展策略具有成本低、易操作及灵敏度高的优势，检测限低至1.0 CFU/mL。发展了多种高等分子逻辑门，可通过逻辑传感体系结果直观地对样品中是否含有致病菌、含有哪种致病菌等多种情况进行判断，实现了对多种致病菌的智能化快速检测。相关研究简化了数据分析过程，降低对检测人员技术水平的要求，促进食品安全快速检测智能化发展。