納米材料在快速檢測(cè)水體中大腸桿菌的應(yīng)用和研究.pdf_第1頁(yè)
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1、大腸桿菌是人和動(dòng)物腸道中的常居菌,常隨人及動(dòng)物糞便一塊排出,廣泛傳播于自然環(huán)境中,對(duì)水資源造成污染。大部分大腸桿菌沒(méi)有致病性,但是部分能產(chǎn)生腸毒素,導(dǎo)致人體腸胃炎等疾病。特別是O157型的大腸桿菌會(huì)引起腹瀉、出血性大腸炎和溶血尿毒癥等疾病。在衛(wèi)生質(zhì)量的評(píng)價(jià)和控制中,通常采用大腸桿菌作為指示菌來(lái)了解水體的受污染狀況,從而評(píng)價(jià)其質(zhì)量以保證衛(wèi)生安全。因此,建立水體中大腸桿菌的快速檢測(cè)方法,成為環(huán)境保護(hù)、飲水衛(wèi)生、食品衛(wèi)生和流行病學(xué)領(lǐng)域中最重要

2、的研究對(duì)象之一。
   大腸桿菌的傳統(tǒng)檢測(cè)方法,如濾膜法、多管發(fā)酵法等,雖然結(jié)果比較準(zhǔn)確,但是都存在著檢測(cè)周期長(zhǎng)、程序復(fù)雜、所需試劑繁多等缺點(diǎn)。目前,國(guó)內(nèi)外研究人員已經(jīng)發(fā)展一些新方法對(duì)大腸桿菌進(jìn)行快速檢測(cè),主要包括酶底物法、聚合酶鏈法、免疫分析法、電化學(xué)方法、熒光法等。這些方法雖然縮短了檢測(cè)時(shí)間,簡(jiǎn)化了檢測(cè)流程,但是普遍降低了檢測(cè)的靈敏度和選擇性。因此研究發(fā)展一種既快速,又能保持高靈敏度、高選擇性的大腸桿菌檢測(cè)方法成了專(zhuān)家學(xué)者的

3、重點(diǎn)研究方向。
   本文將納米技術(shù)、生物技術(shù)與電化學(xué)分析技術(shù)三者有機(jī)結(jié)合,運(yùn)用多壁碳納米管(MWNTs)和磁性納米顆粒等納米材料制備了MWNTs/Nafion生物傳感器以快速檢測(cè)大腸菌群,檢測(cè)時(shí)間可控制在5h之內(nèi),檢測(cè)限低至10cfu/mL。根據(jù)納米顆粒良好的生物兼容性,又將生物功能化的Au納米標(biāo)記物和CdS納米標(biāo)記物與免疫磁珠技術(shù)相結(jié)合發(fā)展了一種快速、靈敏、特異性的大腸桿菌快速檢測(cè)方法,可獲得較低的檢測(cè)限(30cfu/mL)

4、和較短的檢測(cè)時(shí)間(約2h)。論文主要包括以下四個(gè)部分:
   第一章緒論
   本章簡(jiǎn)要介紹了大腸桿菌的生物特性、致病性以及衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。總結(jié)了檢測(cè)大腸桿菌的傳統(tǒng)方法以及酶底物法、聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)、免疫檢測(cè)技術(shù)和化學(xué)發(fā)光法等新方法。然后回顧了納米材料的特性、制備和表征方法,并就納米材料在快速檢測(cè)大腸桿菌中的應(yīng)用展開(kāi)了討論。
   第二章 MWNTs/Nafion生物傳感器的制各及其在快速檢測(cè)大腸桿菌中的應(yīng)用
 

5、  本章制備了多壁碳納米管(MWNTs)/Nafion復(fù)合膜修飾玻碳電極,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大腸桿菌的快速安培檢測(cè)。由于Nafion具有陽(yáng)離子交換能力以及MWNTs的電催化能力,從而使MWNTs/Nafion修飾電極提高了對(duì)氨基酚(PAP)的檢測(cè)靈敏度;對(duì)大腸桿菌進(jìn)行濃縮和預(yù)培養(yǎng)可以進(jìn)一步提高其檢測(cè)靈敏度。該修飾電極能存5小時(shí)內(nèi)檢測(cè)出10~104cfu/mL的大腸桿菌,而且MWNTs/Nafion修飾電極很容易制備,電極表面可以實(shí)現(xiàn)再生。此外

6、,對(duì)實(shí)際水樣進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果與平板技術(shù)法相比較,具有良好的一致性。
   第三章 Au納米標(biāo)記物增強(qiáng)電化學(xué)免疫分析大腸桿菌的研究
   本章在Au納米顆粒表面修飾辣根過(guò)氧化酶(HRP)標(biāo)記的大腸桿菌抗體從而制備了一種新型的Au納米標(biāo)記物,并將該納米標(biāo)記物應(yīng)用于增強(qiáng)電化學(xué)免疫分析大腸桿菌。經(jīng)酶聯(lián)免疫反應(yīng)后,Au納米標(biāo)記物、免疫磁性顆粒(IMB)和大腸桿菌形成了IMB/抗體-大腸桿菌-Au納米標(biāo)記物的三明治式免疫復(fù)合物。以3,

7、3,5,5-四甲基聯(lián)苯二胺(TMB)溶液作為底物,采用電化學(xué)與流動(dòng)注射檢測(cè)(FIA)相結(jié)合的技術(shù)測(cè)定HRP的活性。檢測(cè)到的電流大小與免疫復(fù)合物上HRP的量成正比,從而與大腸桿菌的濃度成正比。Au納米顆粒增加HRP的負(fù)載量,增強(qiáng)了電化學(xué)信號(hào),大大提高了大腸桿菌的檢測(cè)靈敏度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,大腸桿菌濃度在1.0×102~5.0×104cfu/mL范圍內(nèi)與電流大小成線性相關(guān),最低檢測(cè)限達(dá)50cfu/mL,總的分析時(shí)間比其他方法短,在1h內(nèi)就能完

8、成對(duì)大腸桿菌的快速檢測(cè)。
   第四章基于CdS納米標(biāo)記物磁性電化學(xué)免疫測(cè)定水體中的大腸桿菌
   本章發(fā)展了一種磁性分離技術(shù)與電化學(xué)免疫檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合快速檢測(cè)水體中大腸桿菌濃度的方法。本方法把免疫磁性顆粒(IMB)用于捕獲和分離大腸桿菌,半導(dǎo)體納米粒子CdS量子點(diǎn)(QDs)通過(guò)交聯(lián)反應(yīng)與大腸桿菌抗體相結(jié)合制備成CdS納米標(biāo)記物,并將該納米標(biāo)記物應(yīng)用于增強(qiáng)電化學(xué)免疫檢測(cè)水體中的大腸桿菌。經(jīng)過(guò)酶聯(lián)免疫反應(yīng),CdS納米標(biāo)記物

9、、免疫磁性顆粒(IMB)和大腸桿菌形成了IMB/抗體-大腸桿菌-CdS納米標(biāo)記物的三明治式免疫復(fù)合物。然后用電化學(xué)方波伏安法(SWV)痕量測(cè)定從免疫復(fù)合物上檢測(cè)從酸洗下來(lái)的Cd離子。檢測(cè)到的電流大小與免疫復(fù)合物上Cd濃度的量成正比,從而與大腸桿菌的濃度成正比。用這種基于CdS納米標(biāo)記物磁性電化學(xué)免疫分析的方法,減小了非特異性吸附,并大大增強(qiáng)電化學(xué)信號(hào),從而提高了大腸桿菌的檢測(cè)靈敏度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,大腸桿菌濃度在5.0×101~1.0×1

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