基于铁离子猝灭上转换荧光的金黄色葡萄球菌快速检测方法研究

基于铁离子猝灭上转换荧光的金黄色葡萄球菌快速检测方法研究

一、研究背景

鲜肉是人们饮食中最常见的消费品之一，因其营养丰富而容易滋生细菌，对人的身体健康造成严重损害。其中，作为“嗜肉菌”的金黄色葡萄球菌非常容易污染鲜肉食品，并且广泛的分布于自然环境中。所以金黄色葡萄球菌的检测对于保障我国鲜肉食品安全具有重大意义。但是，常规的检测方法周期长，操作复杂，无法满足快速检测的需求，因此，有必要开发一种鲜肉中金黄色葡萄球菌的快速、灵敏的检测方法。上转换荧光传感检测方法具有快速、高灵敏的特点，在食源性致病菌检测中引起了关注。本研究探索了一种基于三价铁离子对上转换纳荧光的猝灭作用的金黄色葡萄球菌快速检测方法。

二、检测金黄色葡萄球菌的试验原理

注：

UCNPs—上转换纳米颗粒 CTAB—十六烷基三甲基溴化铵 Aptamer— 适配体 UCNPs-mSiO₂—介孔二氧化硅包覆的上转换纳米材料

研究基于上转换荧光技术的金黄色葡萄球菌检测方法的基本原理如图 1 所示。检测体系由 Fe²⁺填充的介孔上转换纳米材料和适配体组成，适配体通过静电吸附结合在UCNPs-mSiO₂ 表面，使 Fe²⁺被隔绝在 UCNPs-mSiO₂介孔中，无法与体系中 H₂O₂ 反应产生Fe³⁺，所以 UCNPs 荧光不会猝灭；但是当体系中加入金黄色葡萄球菌时，适配体优先与金黄色葡萄球菌结合，并从 UCNPs-mSiO₂表面上脱离，从而释放出介孔中的 Fe²⁺，并与 H₂O₂反应生成 Fe³⁺，Fe³⁺与 UCNPs 之间通过配位作用形成 UCNPs/Fe³⁺络合物，导致 UCNPs 的荧光被猝灭^[1]。随着金黄色葡萄球菌浓度的增加，体系的上转换荧光信号强度也逐渐降低，基于此实现对鲜肉中金黄色葡萄球菌的定量快速检测。

三、建立鲜肉中金黄色葡萄球菌标准曲线

制备梯度浓度的金黄色葡萄球菌悬浮液，在优化的最佳实验条件下用所构建的生物传感器进行检测并采集上转换荧光光谱，结果如图 2所示。图 2（A）为添加不同浓度金黄色葡萄球菌后体系的荧光光谱变化情况，看出随着金色葡萄球菌的浓度的增加，适配体优先与目标菌结合，释放出 Fe²⁺并于 H₂O₂ 反应生成 Fe³⁺，Fe³⁺与 UCNPs 形成络合物，猝灭上转换荧光，导致荧光不断降低。图 2（B）为 658  nm 处荧光强度与金黄色葡萄球菌浓度对数值之间的关系，可以看出，在 63-6.3×10⁶ CFU/mL 范围内，荧光值与金黄色葡萄球菌浓度对数值之间存在良好线性的关系，其线性回归方程为 F = -664.1c+7206.6（F 为 658 nm 荧光强度值，c 为金黄色葡萄球菌浓度对数值），R²=0.9976，根据公式 LOD = 3S₀/K（S₀为测定九次空白试验的相对标准偏差，K 为标准曲线斜率）计算其检测限为 25 CFU/mL。

四、仪器推荐

本研究中用到的RSF1000上转换荧光光谱仪是定制产品，我司如海光电生产的标准产品为LIFS980激光诱导荧光光谱仪,支持定制。

LIFS980 激光诱导荧光光谱仪

1. 产品简介

LIFS980是一款适用于对原材料的筛选、现场检测、石墨烯合成反应、生物医疗、体外诊断及物质分析鉴定等场景；使用方便，操作简单。检测结果客观准确。客户可根据应用需求选择最适合的产品。

2. 产品特点

Ø 高度集成，轻巧便捷；

Ø 高稳定性

Ø 可以选配线阵、面阵、深制冷光谱仪；

注：以上规格为标准配置，可根据客户具体需求，提供定制产品。

3. 应用领域

Ø 上转换荧光检测

Ø 珠宝检测

Ø 医疗分析

Ø 材料分析

Ø 光学实验教学

Ø 特殊科研

参考文献：

[1] Lin X, Yu Q, Yang W, et al.  Double-enzymes-mediated fluorescent assay for sensitive determination of organophosphorus pesticides based on the quenching of upconversion nanoparticles by Fe³⁺ [J]. Food Chem, 2021, 345: 128809.

[2]杨永存. 鲜肉中金黄色葡萄球菌的上转换荧光传感检测方法研究[D].江苏大学,2021.DOI:10.27170/d.cnki.gjsuu.2021.002376.