基于纳米响应的痕量致病生物毒素检测新技术

To meet the current technological need of rapid determination of trace pathogenic biotoxin, based on the characteristics of the nanocrystal biological probe, a new technology, that is, magnetically-guided fluorescent and immunological assay using the rapid immunological reaction among biological molecules, is designed to determine pathogenic biotoxin. First of all, superparamagnetic magnetite nanocrystals were prepared and modified with functional molecules to obtain carboxyl-functionalized magnetic nanomaterials with fast magnetic responsivity. Meanwhile, carboxyl-functionalized CdSe/ZnS fluorescent nanocrystals were synthesized. Then, antibody was coupled to magnetic nanpmaterials, while the holoantigen of biotoxin was coupled to fluorescent nanocrystals. Magnetic nanomaterials-biotoxin-fluorescent conjugate was collected via magnetic separation, and its maximum fluorescence intensity was recorded, thereby the standard working curve was plotted. Therefore, the biotoxin content in the specimen can be read from the standard working curve, which has potential application in quantitative analysis of pathogenic biotoxin. Moreover, the trace amount of biotoxin in the specimen can be detected after enrichment by magnetic nanocrystals, thus this analysis method is more suitable for trace determination. This is an important technique in nanomedicine field, and will be superior to the existing methods, and it lays a foundation for designing and developing new and rapid methods for pathogenic biotoxin detection.

针对目前痕量、快速检测致病生物毒素的技术发展需求，从纳米晶生物探针的特点出发，利用生物分子间的快速免疫反应，设计一种检测致病生物毒素的新技术，即磁分离荧光免疫检测方法。首先制备具有超顺磁性的Fe3O4磁性纳米晶，并利用功能分子包裹Fe3O4磁性纳米晶形成羧基功能化、快速磁响应的多核磁性材料；同时，合成具有羧基功能化的CdSe/ZnS等荧光纳米晶。将抗体与磁性材料偶联，生物毒素的全抗原与荧光纳米晶偶联。通过磁分离得到磁性材料-生物毒素-荧光材料复合物，并测定其最大荧光吸收强度，绘制标准工作曲线，则待测样品中的生物毒素含量可以在标准工作曲线上读出，有望应用于定量分析致病生物毒素。此外，磁性纳米晶还可对样品中的生物毒素进行富集后检测，该方法更适合于痕量检测的需求。本技术将优于现存方法，是纳米医学领域的重要技术，为设计和开发新型快速检测致病生物毒素奠定基础。

生物毒素如黄曲霉毒素等广泛存在于被污染的粮食和饲料中，并且对于人畜有极强的致病致癌的作用，危害人畜的身体健康。国内外现有的针对毒素的检测方法主要有高效液相色谱法、酶联免疫吸附法、薄层色谱法、液相色谱-质谱联用技术等，然而这些方法却都有其非常明显的局限性。有些对样品的处理步骤过于繁琐，操作过程复杂，有些需要昂贵复杂的仪器设备，并配备非常专业的操作人员才能完成，有些则容易出现假阳性的检测结果而且结果的准确性也不尽如人意。故本项目生物毒素作为检测物，探究一种新型的快速、简洁、高效的痕量检测方法，来满足人们的检测要求。.磁性纳米粒子由于拥有量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应及超顺磁性等许多不同于常规材料的独特效应，而具有广阔的应用前景如，尤其是在磁热疗，生物分离，环境/食品微生物检测，靶向药物等方面有着重要的作用。荧光纳米粒子由于具有高量子产率、可调的发射波长、宽的激发光谱、窄的发射光谱以及不易发生光漂白等优越的荧光特性，已经广泛用作一种生物标记物。而且量子点经过表面功能化之后发生特异性连接的生物相容性非常好，也可以减小对生物体的各种危害。.本项目在利用磁性纳米粒子和荧光量子点构建一种痕量、快速、高效的检测生物毒素的方法，我们制备了两种检测探针，分别是作为分离探针的连有抗体的Fe3O4磁性微球和作为信号探针的连有抗原的量子点。结合免疫检测方法，绘制曲线，再通过检测物与标准曲线对比实现检测的目的。我们以黄曲霉毒素作为检测对象，初步探究了毒素的痕量竞争性检测的分析方法，与HPLC-MS和ELISA试剂盒这两种常见的方法进行对比，我们的方法无论是在灵敏度还是在准确性上都要优于另外两种方法，最低检测限更是可以达到0.01 ng/g。.我们开发了一种快速、高效的痕量检测方法，不需要专业技术的培训，在检测领域有广泛的应用潜力，通过连接不同的配体和受体，可以应用于不同生物毒素、环境污染物或者是疾病标志物的检测。