多功能纳米材料的合成及其在食源性病原体即时检测中的应用

Rapid, sensitive and quantitative foodborne pathogens detection techniques, which can be deployed at multiple sites, are essential to precaution, early diagnosis, and timely treatment and contain future epidemics. The continuing hurdle of developing foodborne pathogens detection techniques is that compromises must be made between simplicity, speed, sensitivity, and quantitative. Considering the limitations of current detection assays, it is an urgent need to develop a rapid, sensitive, quantitative and multi-signal readout immunoassay for foodborne pathogens detection. Herein, we present a multifunctional nanomaterials based enhanced lateral flow immunoassay, which can meet the requirements of rapid screening and high sensitive and quantitative detection of foodborne pathogens. By taking advantage of the multifunctional nanomaterials as signal reporter and the introduction of fluorescence signal and signal amplification mechanism, the assay can realize multi-signal readout and multi-modal detection, which can be employed by different testing institutions for qualitative or quantitative detection. The project herein via coupling novel multifunctional nanomaterials, signal amplification mechanism and lateral flow immunoassay would provide a new insight to the detection of foodborne pathogens, as well as to the use of lateral flow immunoassay platform for a wide spectrum of bioapplication.

食源性细菌的快速、高灵敏、定量检测，尤其是可以在多种场地开展的检测方法对细菌性疾病防治有着非常重要的意义。现有的检测方法难以同时满足大批量样本快速、高灵敏的筛查和准确定量检测细菌的需求。本项目针对这一问题，借助免疫层析这一快检平台，通过合成新的磁性-比色-催化多功能纳米材料作为信标，并在层析过程中引入荧光信号和信号放大体系，构建能够同时实现快速、高灵敏筛查和定量检测食源性细菌的方法，实现多种信号输出、多种模式检测，以满足不同地区、机构的定性或者定量的检测需求。本项目的研究工作不仅为细菌检测提供新思路和手段，同时为拓展免疫层析检测平台的应用提供新材料和新思考。

食源性致病菌的快速、高灵敏检测可以为食源性细菌性疾病的防治筑起第一道防线。然而，现有的检测方法往往在简便性、便携性、速度、灵敏度之间做出折衷。本项目以免疫层析法为平台，通过合成新的具有不同信号的信标材料，构建简单、快速、高灵敏的方法用于食源性致病菌鼠伤寒沙门氏菌（S.typhi）的检测。主要研究内容和结果如下：.（1）合成富有氨基的聚合物纳米球，并在其表面层层组装量子点，构建了具有超强红色荧光信号的荧光纳米球（RNs）。基于此，建立了快速（10min内可得到检测结果）、灵敏度高（比传统免疫层析法灵敏度提高了40倍）、准确性高（50个单盲实验准确性高达100%）的免疫层析法用于S.typhi的检测。.（2）在氨基聚合物纳米球表面层层组装量子点和超顺磁性纳米铁，构建了具有三种信号以及优异磁操控性能的比色-荧光-磁性纳米球（CFMNs）。基于此，构建了比色、荧光、磁信号三种信号检测S.typhi的免疫层析法，实现了比色、荧光两种信号可视化检测和荧光、磁信号两种信号定量检测 S.typhi。该方法不仅快速、灵敏度高（比传统免疫层析法灵敏度提高了100倍），而且抗干扰能力强，可直接用于复杂样品（牛奶、胎牛血清和全血）的S.typhi检测，证实了其在实际复杂样本中检测目标物的潜力。.（3）合成富含羧基的聚合物纳米球，在其表面原位还原生长Pt，得到具有较强的类似过氧化物酶活性的纳米酶（Ps-Pt）。基于此，构建了超灵敏检测S.typhi的纳米酶传感器，该方法灵敏度更高（100CFU/mL的S.typhi产生的信号可检测到），比传统免疫层析法灵敏度提高了至少1000倍。而且该方法同样可以直接用于复杂样品（牛奶、Luria-Bertani肉汤和血清样本）的S.typhi的检测，也证实了其具有实际应用潜能。.本项目完成了研究目标，合成了三种不同信号的信标材料，构建了三个快速、高灵敏甚至是超灵敏检测食源性致病菌S.typhi的方法，而且其中两种方法可以直接用于复杂体系中S.typhi的高灵敏检测，为食源性致病菌的快速、高灵敏检测提供了新的分析方法，这些方法有望用于临床检测、食品安全、环境监测等领域中细菌的快速、高灵敏、定量检测。