基于碳点及复合物模拟酶构建食品中金黄色葡萄球菌及肠毒素的现场、快速检测方法研究

Food safety is a major issue related to people's health and the national economy and the people's livelihood. The project is going to employ enzyme mimetic instead of natural biological enzyme to determine food borne pathogenic microorganism and toxin in the food. A rapid assay for detection of Staphylococcus aureus and its enterotoxin will be designed. Firstly, high catalytic activity of enzyme mimic such as carbon dots and carbon dots composites will be synthesized. Then, these nanoparticles will be self assembled into a layer of efficiently catalytic membrane. A variety of characterization will be performed to investigate enzyme mimic membrane composition and morphology, which faciliate to realize controllable self-assembly of enzyme mimic. Secondly, biological molecules such as antibodies will be modified on the enzyme mimic membrane surface. The immunoreaction will be performed to realize selective recognition of analytes. A coulp of competition between enzyme mimic catalytic decomposition of hydrogen peroxide and hydrogen peroxide and HAuCl4 will be introduced to display different colors, which establish a highly sensitive and colorimetric assay to detect Staphylococcus aureus and its enterotoxin. Thirdly, the practical food samples will be emplolyed to study the selectivity, sensitivity of the resulted assay. This rapid detection assay provides scientific basis for the prevention of foodborne disease outbreak, epidemic and tracking pollution sources, and has important public health and scientific significance.

食品安全问题是关系国计民生的重大公共卫生问题，本项目拟采用碳点及复合物等过氧化物模拟酶代替天然生物酶，以食品中的致病微生物及所产生的毒素作为研究对象，开展金黄色葡萄球菌及肠毒素的现场、快速检测方法研究。拟制备高催化活性的过氧化物模拟酶，将模拟酶自组装成膜作为固定生物分子的介质，用多种表征方法研究模拟酶膜的组成及形貌对其催化活性的影响规律，实现模拟酶的可控自组装。在模拟酶膜表面固定抗体等生物分子，通过免疫反应特异性识别目标检测物来调节模拟酶膜的催化能力，从而调控模拟酶催化分解双氧水和双氧水与氯金酸反应生成有色金溶胶这对竞争反应，放大检测信号，实现金黄色葡萄球菌及肠毒素的高灵敏度检测。探求这种检测方法的信号增强机制及规律，以食品及原料等实际样品研究该方法的选择性和灵敏度，并对各项性能进行全面评估。这种检测方法为预防食源性疾病的暴发、流行及追踪污染源提供科学依据，具有重要的科学意义。

食品安全问题是关系国计民生的重大公共卫生问题，本项目以致病微生物及所产生的毒素作为研究对象，通过制备具有过氧化物酶活性的纳米酶和运用DNA分子计算，构建了金黄色葡萄球菌及肠毒素的现场、快速检测方法。制备了具有过氧化物酶活性的金纳米簇壳聚糖膜代替天然生物酶，用多种表征方法研究模拟酶膜的组成及形貌对其催化活性的影响规律。在模拟酶膜表面设计特异性反应来识别目标物，从而调控模拟酶膜的催化能力，实现了金黄色葡萄球菌及肠毒素的可视化检测。在鸡蛋壳膜上制备了具有模拟酶催化活性的金纳米簇，设计了金黄色葡萄球菌的肠毒素B的特异性反应来调控膜的催化能力，构建高灵敏度检测肠毒素B的可视化方法。运用DNA分子计算和自主分析分子并计算后生成简化的读数，我们设计、构建了DNA逻辑门用于金黄色葡萄球菌的精准检测，通过杂交链式反应（HCR）放大信号，实现了金黄色葡萄球菌和毒素的高灵敏度同时检测。这些研究成果为食品生产、加工和流通过程中预警和快速反应可能出现的致病微生物及生物毒素提供了高效的检测方法。.除开展细菌和毒素的检测外，我们还利用构建的生物传感方法进行疾病的诊断检测研究。制备了含金碳点（GCD），GCD表现出与谷胱甘肽的快速正向和逆向反应动力学。基于其独特的性质，构建了长时间实时跟踪癌细胞铁死亡过程中氧化还原状态以及在铁死亡中癌细胞的铁代谢。制备了壳聚糖金纳米簇，这种纳米簇受壳聚糖胶束大小影响而表现出聚集诱导发射荧光现象，构建了用于检测人血清和细胞中GSH的荧光探针，研究表明在细胞生长过程中癌细胞中GSH的浓度始终较正常细胞高，为了解GSH与疾病之间的动态联系、阐明疾病机制提供新的研究平台。在本项目的资助下取得了一批研究成果，在Analytical Chemistry等国际刊物发表论文13篇，授权发明专利2项。