CN112858255B - 一种检测肠毒素的拉曼传感分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种检测肠毒素的拉曼传感分析方法,属于光分析技术领域。包括如下步骤:将溴化铯(CsBr)和溴化铅(PbBr2)粉末掺杂在介孔二氧化硅(MSNs)中,通过高温去溶剂法制备空间受阻的CsPbBr3@MSNs。Ag岛通过配体2‑巯基苯并咪唑‑5‑羧酸(MBIA)在Au核上生长,合成了Au‑Ag Janus NPs。此外,配体MBIA充当拉曼信标分子,表现出非常独特且稳定的拉曼信号。Au‑Ag Janus NPs与CsPbBr3@MSNs通过抗原抗体形成的复合材料可以大大放大SERS信号。以MBIA的拉曼信号作为检测信号,避免拉曼信标的额外修饰。本发明的检测方法灵敏度高、特异性强。
Description
技术领域
本发明属于光分析技术领域,尤其是涉及一种检测肠毒素的拉曼传感分析方法。
背景技术
金黄色葡萄球菌肠毒素(SEs,包括SEA、SEB、SEC、SED和SEE)被认为是导致食物中毒的常见毒素,会导致细菌性食物中毒、菌血症、皮肤组织感染等疾病。不允许在食物中检出。作为乳制品和环境中最常见的金黄色葡萄球菌肠毒素,SEs的灵敏、准确检测对食品安全具有重要意义。目前检测肠毒素的方法主要有:酶联免疫分析法、质谱分析、PCR法、电化学免疫分析法等,但是存在检出限高、操作繁琐、试剂设备昂贵、耗时、灵敏度低等缺点。食品安全对复杂基质中SEs的准确、抗干扰检测提出了迫切的要求。
SERS检测速度快、可重复性好,能够实现无损检测,在分析检测中占有非常重要的地位。近年来,半导体纳米材料发展迅猛。等离子体纳米材料与半导体纳米材料形成的复合材料具有更强的SERS增强作用,这是由于贵金属和相邻半导体之间的电荷转移及电磁波衰减的抑制。因此,开发基于等离子体-半导体纳米复合材料的拉曼传感器可以实现奶制品中SEC的灵敏检测。
发明内容
本申请针对现有技术的不足,本发明提供了一种拉曼传感器的肠毒素检测方法。本发明具有较强灵敏度以及较强特异性。
本发明的技术方案如下:
一种检测肠毒素的拉曼传感分析方法,所述分析方法包括如下步骤:将介孔二氧化硅包覆的CsPbBr3纳米粒子CsPbBr3@MSNs进行表面肠毒素抗体SEC-1的修饰得到CsPbBr3@MSNs/SEC-1溶液;将Au-Ag Janus NPs进行表面肠毒素抗原SEC-2的修饰得到Au-Ag JanusNPs/SEC-2溶液;将Au-Ag Janus NPs/SEC-2溶液与SEC的溶液混合反应,之后加入CsPbBr3@MSNs/SEC-1溶液,反应结束后测定反应溶液的拉曼光谱。
进一步的,所述分析方法为定量检测,所述分析方法还包括标准曲线,根据标准曲线进行定量分析的步骤,其中标准曲线的制备如下:将Au-Ag Janus NPs/SEC-2溶液与SEC标准溶液混合,室温下孵育1.8-2.4h,之后加入CsPbBr3@MSNs/SEC-1溶液,室温下孵育1.6-2.0h;反应结束后通过拉曼光谱仪测试溶液的拉曼光谱,得到一条以SEC浓度对数为横坐标,以拉曼信标MBIA的信号强度(I-I0)为纵坐标的标准曲线,其中I表示加入不同浓度SEC抗原之后溶液的拉曼强度,I0表示Au-Ag Janus原本的拉曼强度。
进一步的,所述CsPbBr3@MSNs/SEC-1溶液的制备方法如下:
①CsPbBr3@MSNs的制备:
将CsBr、PbBr2与介孔二氧化硅MSNs混合并加入DMSO,并置于145-155℃的真空烘箱反应,待溶剂烘干后研磨即得CsPbBr3@MSNs粉末;
②表面肠毒素抗体SEC-1的修饰:
将CsPbBr3@MSNs表面修饰氨基后加入戊二醛和NaBH4溶液,反应之后去除未完全吸附的戊二醛,用PBS缓冲溶液复溶,加入SEC-1溶液,室温下孵育2-3h,离心并用BSA溶液封闭反应位点,室温下保存2-3h,封闭未结合抗体的结合位点,反应结束后固液分离取沉淀物并用水清洗至少三次,接着将沉淀物重新分散在PBS缓冲溶液中,即得CsPbBr3@MSNs/SEC-1溶液。
进一步的,所述Au-Ag Janus NPs/SEC-2溶液制备方法如下:
①Au-Ag Janus NPs的制备:
向Au NPs中加入2-巯基苯并咪唑-5-羧酸(MBIA)反应,待反应结束后冷却至室温,接着加入对苯二酚和AgNO3溶液,得到的混合溶液在室温下静置3-5h,之后固液分离取固相并将固相分散在水中得到Au-Ag Janus NPs溶液;
②Au-Ag Janus NPs表面肠毒素抗原SEC-2的修饰:
向肠毒素抗原SEC-2溶液中加入Au-Ag Janus NPs溶液,室温下搅拌5-6h;离心用BSA溶液重悬产物,室温下保存2-3h,封闭未结合抗体的结合位点,反应结束后固液分离取沉淀物,用水清洗至少三次,最后将沉淀物重新分散在PBS缓冲溶液中,即得Au-Ag JanusNPs/SEC-2溶液。
进一步的,步骤①中所述CsBr、PbBr2、介孔二氧化硅MSNs的质量比为1.0-1.2:1.7-2.0:9-12。
进一步的,步骤②中戊二醛浓度为20%-25%,NaBH4溶液浓度为24-26mM,BSA溶液浓度为8-10mg/mL,SEC-1溶液的浓度为10-14μM。
进一步的,步骤②中氨基化的CsPbBr3@MSNs溶液、戊二醛、NaBH4溶液、SEC-1溶液、BSA溶液体积比为1-2:1-2:2-4:5-6:8-10。
进一步的,步骤②中SEC-2溶液浓度为10-14μM。
进一步的,步骤②中所述SEC-2溶液与Au-Ag Janus NPs溶液的摩尔比为1:100-1:110。
进一步的,步骤①中Au NPs与2-巯基苯并咪唑-5-羧酸(MBIA)反应条件为:60-70℃的水浴中孵育2-3h。
本发明有益的技术效果在于:
本发明提出的一种奶制品中监测SEC含量的拉曼传感器具有很高的灵敏度和特异性,本检测方法无需修饰额外的拉曼信标分子,MBIA嵌入在Au-Ag Janus NPs中的交界处,可以减弱环境对拉曼信标的影响,大大提高了检测的灵敏度;CsPbBr3@MSNs作为半导体纳米材料可以大大增强SERS信号,SEC的检测结果可以通过拉曼光谱反映,实现灵敏检测。
附图说明
图1是本发明实施例2中制备得到的Au-Ag Janus NPs的TEM图;
图2是本发明实施例2中制备得到的CsPbBr3@MSNs的TEM图;
图3是本发明实施例2中中存在不同浓度的SEC时,拉曼传感器的拉曼光谱及标准曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明进行具体描述。
实施例1
1,等离子纳米材料Au-Ag Janus NPs的制备:
①单分散Au NPs的制备:
采用柠檬酸还原法制备Au NPs作为种子。将0.8mL HAuCl4与超纯水混合加热至沸腾。在剧烈搅拌下快速加入0.9mL柠檬酸钠溶液,混合溶液继续沸腾15min。随后自然冷却至室温,用超纯水离心洗涤,即得Au NPs;
②Au-Ag Janus NPs的制备:
在剧烈搅拌下,向步骤(1)中合成的柠檬酸稳定1mL Au NPs中加入20μL 0.8mM 2-巯基苯并咪唑-5-羧酸(MBIA)。混合溶液在60℃的水浴中孵育2h。反应结束后溶液冷却至室温,并在剧烈搅拌下匀速加入50μL,8mM的对苯二酚(HQ)和终浓度为50μM的AgNO3溶液。得到的混合溶液在室温下静置3h,以使AgNO3完全还原。反应结束后离心收集产物,并均匀分散在超纯水中,得到Au-Ag Janus NPs。
2,介孔二氧化硅包覆的CsPbBr3纳米粒子的制备及表面肠毒素抗原(SEC-1)的修饰:
①CsPbBr3@MSNs的制备:
称取2.0mg CsBr、3.4mg PbBr2、18mg介孔二氧化硅(MSNs)于反应瓶中,加入180μL二甲基亚砜(DMSO),粉末和试剂振荡均匀后置于145℃的真空烘箱反应28min。溶剂烘干后通过研钵研磨反应瓶中的粉末,即得绿色发射的CsPbBr3@MSNs粉末;
②表面肠毒素抗体SEC-1的修饰:
CsPbBr3@MSNs表面修饰氨基后,将10μL浓度为20%的戊二醛和20μL,24mM NaBH4溶液加入到10μL氨基化的CsPbBr3@MSNs中,室温振荡20min,离心去除未完全吸附的戊二醛。用PBS缓冲溶液复溶,加入50μL,10μM SEC-1溶液,室温下孵育2h,离心并用BSA溶液封闭反应位点,室温下保存2h,封闭未结合抗体的结合位点。反应结束后离心收集沉淀物,用超纯水清洗三次,最后将沉淀物重新均匀分散在PBS缓冲溶液中。反应结束后即得浓度为0.8mg/mL的CsPbBr3@MSNs/SEC-1溶液;
3,Au-Ag Janus NPs表面肠毒素抗原(SEC-2)的修饰:
用TBE缓冲液稀释肠毒素抗体SEC-2至浓度为10μM,再加入0.9mL步骤(1)中所得Au-Ag Janus NPs溶液,室温下搅拌5h;离心用BSA溶液重悬产物,室温下保存2h,封闭未结合抗体的结合位点。反应结束后离心收集沉淀物,用超纯水离心清洗三次,最后将沉淀物重新均匀分散在PBS缓冲溶液中,即得浓度为2nM的Au-Ag Janus NPs/SEC-2溶液。
4,肠毒素检测的拉曼传感器的构建:
将20μL配制好的一系列浓度为0.1pg/mL、1pg/mL、10pg/mL、100pg/mL、1ng/mL、10ng/mL、100ng/mL、1μg/mL的SEC标准溶液分别与150μL Au-Ag Janus NPs/SEC-2溶液在100μLPBS缓冲液中混合,室温下孵育1.8h;之后加入12μL CsPbBr3@MSNs/SEC-1溶液,室温下孵育1.6h;反应结束后通过拉曼光谱仪测试每组溶液的拉曼光谱,得到一条以SEC浓度对数为横坐标,以拉曼信标MBIA的信号强(I-I0)为纵坐标的标准曲线。
实施例2
1,等离子纳米材料Au-Ag Janus NPs的制备:
①单分散Au NPs的制备:
采用柠檬酸还原法制备Au NPs作为种子。将1.0mL HAuCl4与超纯水混合加热至沸腾。在剧烈搅拌下快速加入1.0mL柠檬酸钠溶液,混合溶液继续沸腾17.5min。随后自然冷却至室温,用超纯水离心洗涤,即得Au NPs;
②Au-Ag Janus NPs的制备:
在剧烈搅拌下,向步骤(1)中合成的柠檬酸稳定1.1mL Au NPs中加入22μL 1mM 2-巯基苯并咪唑-5-羧酸(MBIA)。混合溶液在65℃的水浴中孵育2.5h。反应结束后溶液冷却至室温,并在剧烈搅拌下匀速加入60μL,10mM的对苯二酚(HQ)和终浓度为52.5μM的AgNO3溶液。得到的混合溶液在室温下静置4h,以使AgNO3完全还原。反应结束后离心收集产物,并均匀分散在超纯水中,得到Au-Ag Janus NPs,其形貌如图1所示。所制备的纳米粒子粒径均一,均由35nm左右的Au和40nm左右的Ag组成。
2,介孔二氧化硅包覆的CsPbBr3纳米粒子的制备及表面肠毒素抗原(SEC-1)的修饰:
①CsPbBr3@MSNs的制备:
称取2.2mg CsBr、3.6mg PbBr2、21mg介孔二氧化硅(MSNs)于反应瓶中,加入190μL二甲基亚砜(DMSO),粉末和试剂振荡均匀后置于150℃的真空烘箱反应30min。溶剂烘干后通过研钵研磨反应瓶中的粉末,即得绿色发射的CsPbBr3@MSNs粉末(图2);
②表面肠毒素抗体SEC-1的修饰:
CsPbBr3@MSNs表面修饰氨基后,将15μL浓度为23%的戊二醛和30μL,25mM NaBH4溶液加入到15μL氨基化的CsPbBr3@MSNs中,室温振荡25min,离心去除未完全吸附的戊二醛。用PBS缓冲溶液复溶,加入55μL,12μM SEC-1溶液,室温下孵育2.5h,离心并用BSA溶液封闭反应位点,室温下保存2.5h,封闭未结合抗体的结合位点。反应结束后离心收集沉淀物,用超纯水清洗三次,最后将沉淀物重新均匀分散在PBS缓冲溶液中。反应结束后即得浓度为0.9mg/mL的CsPbBr3@MSNs/SEC-1溶液;
3,Au-Ag Janus NPs表面肠毒素抗原(SEC-2)的修饰:
用TBE缓冲液稀释肠毒素抗体SEC-2至浓度为12μM,再加入1.0mL步骤(1)中所得Au-Ag Janus NPs溶液,室温下搅拌5.5h;离心用BSA溶液重悬产物,室温下保存2.5h,封闭未结合抗体的结合位点。反应结束后离心收集沉淀物,用超纯水离心清洗三次,最后将沉淀物重新均匀分散在PBS缓冲溶液中,即得浓度为4nM的Au-Ag Janus NPs/SEC-2溶液。
4,肠毒素检测的拉曼传感器的构建:
将25μL配制好的一系列浓度为0.1pg/mL、1pg/mL、10pg/mL、100pg/mL、1ng/mL、10ng/mL、100ng/mL、1μg/mL的SEC标准溶液分别与160μL Au-Ag Janus NPs/SEC-2溶液在125μLPBS缓冲液中混合,室温下孵育2.1h;之后加入15μL CsPbBr3@MSNs/SEC-1溶液,室温下孵育1.8h;反应结束后通过拉曼光谱仪测试每组溶液的拉曼光谱,得到一条以SEC浓度对数为横坐标,以拉曼信标MBIA的信号强(I-I0)为纵坐标的标准曲线(图3)。根据标准曲线可知SEC的检测范围在1pg/mL-100ng/mL之间,该拉曼传感器可以实现SEC的灵敏检测。
实施例3
1,等离子纳米材料Au-Ag Janus NPs的制备:
①单分散Au NPs的制备:
采用柠檬酸还原法制备Au NPs作为种子。将1.2mL HAuCl4与超纯水混合加热至沸腾。在剧烈搅拌下快速加入1.1mL柠檬酸钠溶液,混合溶液继续沸腾20min。随后自然冷却至室温,用超纯水离心洗涤,即得Au NPs;
②Au-Ag Janus NPs的制备:
在剧烈搅拌下,向步骤(1)中合成的柠檬酸稳定1.2mL Au NPs中加入24μL 1.2mM2-巯基苯并咪唑-5-羧酸(MBIA)。混合溶液在70℃的水浴中孵育3h。反应结束后溶液冷却至室温,并在剧烈搅拌下匀速加入70μL,12mM的对苯二酚(HQ)和终浓度为55μM的AgNO3溶液。得到的混合溶液在室温下静置5h,以使AgNO3完全还原。反应结束后离心收集产物,并均匀分散在超纯水中,得到Au-Ag Janus NPs。
2,介孔二氧化硅包覆的CsPbBr3纳米粒子的制备及表面肠毒素抗原(SEC-1)的修饰:
①CsPbBr3@MSNs的制备:
称取2.4mg CsBr、4.0mg PbBr2、24mg介孔二氧化硅(MSNs)于反应瓶中,加入200μL二甲基亚砜(DMSO),粉末和试剂振荡均匀后置于155℃的真空烘箱反应32min。溶剂烘干后通过研钵研磨反应瓶中的粉末,即得绿色发射的CsPbBr3@MSNs粉末;
②表面肠毒素抗体SEC-1的修饰:
CsPbBr3@MSNs表面修饰氨基后,将20μL浓度为25%的戊二醛和40μL,26mM NaBH4溶液加入到20μL氨基化的CsPbBr3@MSNs中,室温振荡30min,离心去除未完全吸附的戊二醛。用PBS缓冲溶液复溶,加入60μL,14μM SEC-1溶液,室温下孵育3h,离心并用BSA溶液封闭反应位点,室温下保存3h,封闭未结合抗体的结合位点。反应结束后离心收集沉淀物,用超纯水清洗三次,最后将沉淀物重新均匀分散在PBS缓冲溶液中。反应结束后即得浓度为1mg/mL的CsPbBr3@MSNs/SEC-1溶液;
3,Au-Ag Janus NPs表面肠毒素抗原(SEC-2)的修饰:
用TBE缓冲液稀释肠毒素抗体SEC-2至浓度为14μM,再加入1.2mL步骤(1)中所得Au-Ag Janus NPs溶液,室温下搅拌6h;离心用BSA溶液重悬产物,室温下保存3h,封闭未结合抗体的结合位点。反应结束后离心收集沉淀物,用超纯水离心清洗三次,最后将沉淀物重新均匀分散在PBS缓冲溶液中,即得浓度为6nM的Au-Ag Janus NPs/SEC-2溶液。
4,肠毒素检测的拉曼传感器的构建:
将30μL配制好的一系列浓度为0.1pg/mL、1pg/mL、10pg/mL、100pg/mL、1ng/mL、10ng/mL、100ng/mL、1μg/mL的SEC标准溶液分别与170μL Au-Ag Janus NPs/SEC-2溶液在150μLPBS缓冲液中混合,室温下孵育2.4h;之后加入18μL CsPbBr3@MSNs/SEC-1溶液,室温下孵育2.0h;反应结束后通过拉曼光谱仪测试每组溶液的拉曼光谱,得到一条以SEC浓度对数为横坐标,以拉曼信标MBIA的信号强(I-I0)为纵坐标的标准曲线。
Claims (10)
1.一种检测肠毒素的拉曼传感分析方法,其特征在于,所述分析方法包括如下步骤:将介孔二氧化硅包覆的CsPbBr3纳米粒子CsPbBr3@MSNs进行表面肠毒素抗体SEC-1的修饰得到CsPbBr3@MSNs/SEC-1溶液;将Au-Ag Janus NPs进行表面肠毒素抗原SEC-2的修饰得到Au-Ag Janus NPs/SEC-2溶液;将Au-Ag Janus NPs/SEC-2溶液与SEC的溶液混合反应,之后加入CsPbBr3@MSNs/SEC-1溶液,反应结束后测定反应溶液的拉曼光谱;
Au-Ag Janus NPs的制备方法为:
向Au NPs中加入2-巯基苯并咪唑-5-羧酸( MBIA) 反应,待反应结束后冷却至室温,接着加入对苯二酚和AgNO3溶液,得到的混合溶液在室温下静置3-5h,之后固液分离取固相并将固相分散在水中得到Au-Ag Janus NPs溶液。
2.根据权利要求1所述的分析方法,其特征在于,所述分析方法为定量检测,所述分析还包括标准曲线,根据标准曲线进行定量分析的步骤,其中标准曲线的制备如下:将Au-AgJanus NPs/SEC-2溶液与SEC标准溶液混合,室温下孵育1.8-2.4h,之后加入CsPbBr3@MSNs/SEC-1溶液,室温下孵育1.6-2.0h;反应结束后通过拉曼光谱仪测试溶液的拉曼光谱,得到一条以SEC浓度对数为横坐标,以拉曼信标MBIA的信号强度I-I0为纵坐标的标准曲线,其中I表示加入不同浓度SEC抗原之后溶液的拉曼强度,I0表示Au-Ag Janus原本的拉曼强度。
3.根据权利要求1所述的分析方法,其特征在于,所述CsPbBr3@MSNs/SEC-1溶液的制备方法如下:
①CsPbBr3@MSNs的制备:
将CsBr、PbBr2与介孔二氧化硅MSNs混合并加入DMSO,并置于145-155℃的真空烘箱反应,待溶剂烘干后研磨即得CsPbBr3@MSNs粉末;
②表面肠毒素抗体SEC-1的修饰:
将CsPbBr3@MSNs表面修饰氨基后加入戊二醛和NaBH4溶液,反应之后去除未完全吸附的戊二醛,用PBS缓冲溶液复溶,加入SEC-1溶液,室温下孵育2-3h,离心并用BSA溶液封闭反应位点,室温下保存2-3h,封闭未结合抗体的结合位点,反应结束后固液分离取沉淀物并用水清洗至少三次,接着将沉淀物重新分散在PBS缓冲溶液中,即得CsPbBr3@MSNs/SEC-1溶液。
4.根据权利要求1所述的分析方法,其特征在于,所述Au-Ag Janus NPs/SEC-2溶液制备方法如下:
向肠毒素抗原SEC-2溶液中加入Au-Ag Janus NPs溶液,室温下搅拌5-6h;离心用BSA溶液重悬产物,室温下保存2-3h,封闭未结合抗体的结合位点,反应结束后固液分离取沉淀物,用水清洗至少三次,最后将沉淀物重新分散在PBS缓冲溶液中,即得Au-Ag Janus NPs/SEC-2溶液。
5.根据权利要求3所述的分析方法,其特征在于,步骤①中所述CsBr、PbBr2、介孔二氧化硅MSNs的质量比为1.0-1.2:1.7-2.0:9-12。
6.根据权利要求3所述的分析方法,其特征在于,步骤②中戊二醛浓度为20%-25%,NaBH4溶液浓度为24-26mM,BSA溶液浓度为8-10mg/mL,SEC-1溶液的浓度为10-14μM。
7.根据权利要求3所述的分析方法,其特征在于,步骤②中氨基化的CsPbBr3@MSNs溶液、戊二醛、NaBH4溶液、SEC-1溶液与BSA溶液体积比为1-2:1-2:2-4:5-6:8-10。
8.根据权利要求4所述的分析方法,其特征在于,步骤②中SEC-2溶液浓度为10-14μM。
9.根据权利要求4所述的分析方法,其特征在于,步骤②中所述SEC-2溶液与Au-AgJanus NPs溶液的摩尔比为1:100-1:110。
10.根据权利要求4所述的分析方法,其特征在于,步骤①中Au NPs与2-巯基苯并咪唑-5-羧酸MBIA反应条件为:60-70℃的水浴中孵育2-3h。
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