铂壳金核纳米酶介导的磁弛豫...感器快速检测食源性沙门氏菌_董永贞.pdf

安全检测 食品科学 2023,Vol.44,No.04 337铂壳金核纳米酶介导的磁弛豫免疫传感器 快速检测食源性沙门氏菌董永贞1，陈 瑞1，吴紫荆1，陈翊平1,2,3,*，潘 晖3，刘明军3（1.华中农业大学食品科学技术学院，湖北 武汉 430070；2.岭南现代农业科学与技术广东省实验室，广东 广州 510000；3.荆州市食品药品检验所，湖北 荆州 434000）摘 要：构建了一种基于铂壳金核（AuPt）纳米酶介导顺磁离子价态转变的磁弛豫免疫传感器，并用于鸡蛋中沙门氏菌的快速、高灵敏检测。首先通过微波水热法合成了稳定性高、催化性能强的AuPt纳米酶，并利用其过氧化氢类酶活性催化过氧化氢（H2O2），而剩余的H2O2可将MnO4还原为Mn2。由于MnO4/Mn2两者之间磁信号差异显著，可实现H2O2的定量分析。结合免疫反应，沙门氏菌浓度与“检测抗体-AuPt纳米酶”含量呈正比，而AuPt纳米酶可调控H2O2介导的MnO4/Mn2转化体系，进而控制磁信号的变化，最终实现沙门氏菌的定量分析。本方法的检出限为50 CFU/mL，线性范围为11025107 CFU/mL，对鸡蛋样品的检测结果与荧光定量聚合酶链式反应方法具有良好的一致性。该方法灵敏度高、稳定性好、操作简单、成本低，在食源性致病菌快速检测方面具有良好的应用前景。关键词：沙门氏菌；铂壳金核纳米酶；顺磁离子；磁弛豫免疫传感器；过氧化氢Gold CorePlatinum Shell-Nanozyme-Mediated Magnetic Relaxation Immunosensor for the Rapid Detection of Foodborne SalmonellaDONG Yongzhen1,CHEN Rui1,WU Zijing1,CHEN Yiping1,2,3,*,PAN Hui3,LIU Mingjun3(1.College of Food Science and Technology,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China;2.Guangdong Laboratory for Lingnan Modern Agriculture,Guangzhou 510000,China;3.Jingzhou Institute for Food and Drug Control,Jingzhou 434000,China)Abstract:In this study,a magnetic relaxation immunosensor based on gold coreplatinum shell(AuPt)nanozyme-mediated paramagnetic ion valence transition was constructed and used for the rapid detection of Salmonella in foods.PtAu nanozyme with high stability and good catalytic performance was synthesized by a microwave-assisted hydrothermal(MAH)method,and its catalase-like activity was used to catalyze hydrogen peroxide(H2O2).The remaining H2O2 could convert MnO4-into Mn2+through a redox reaction.The significant difference in magnetic signals between MnO4 and Mn2+allowed the quantitative analysis of hydrogen peroxide.In the immunoreaction,the concentration of Salmonella was directly proportional to the content of“detection antibody-PtAu”.AuPt could regulate the H2O2-mediated MnO4/Mn2+conversion system and consequently control the change of magnetic signal,ultimately allowing the quantitative analysis of Salmonella.The detection limit of this method for Salmonella was 50 CFU/mL,and the linear range was 1 1025 107 CFU/mL.The results of this method for Salmonella in eggs were in good agreement with those of fluorescence quantitative polymerase chain reaction(PCR).This method has the advantages of high sensitivity,good stability,simple operation and low cost,thus having a good application prospect in the rapid detection of foodborne pathogens.Keywords:Salmonella;platinum shellgold core nanozyme;paramagnetic ions;magnetic relaxation switching immunosensor;hydrogen peroxideDOI:10.7506/spkx1002-6630-20220224-202中图分类号：TS207.4 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2023）04-0337-07收稿日期：2022-02-24基金项目：岭南现代农业实验室自主科研项目（NZ2021036）第一作者简介：董永贞（1993）（ORCID:0000-0002-5394-9418），男，博士研究生，研究方向为食品安全快速检测。E-mail:*通信作者简介：陈翊平（1983）（ORCID:0000-0001-9309-2730），男，教授，博士，研究方向为食品安全快速检测。E-mail:338 2023,Vol.44,No.04 食品科学 安全检测引文格式：董永贞,陈瑞,吴紫荆,等.铂壳金核纳米酶介导的磁弛豫免疫传感器快速检测食源性沙门氏菌J.食品科学,2023,44(4):337-343.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220224-202.http:/ DONG Yongzhen,CHEN Rui,WU Zijing,et al.Gold coreplatinum shell-nanozyme-mediated magnetic relaxation immunosensor for the rapid detection of foodborne SalmonellaJ.Food Science,2023,44(4):337-343.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220224-202.http:/世界卫生组织在2003年将食品安全问题列为全球公共卫生十大威胁之一，其中由食源性致病菌引起的食源性疾病占全球食品安全事件总数的45%以上1-2。目前食源性致病菌主要包括沙门氏菌（Salmonella）、副溶血性弧菌、单核细胞性李斯特菌、空肠弯曲菌、大肠杆菌O157:H7、金黄色葡萄球菌、志贺氏菌等3。其中，沙门氏菌是一种革兰氏阴性杆菌，已发现的血清型多达两千余种，能够在食品基质中存活数月之久，常存在于鸡蛋鸡肉中，也能够在海产品、鲜牛奶、新鲜瓜果蔬菜等食物中存活，并且在进行生长繁殖过程中会分泌出内毒素，即使通过加热也只能杀死细菌并不能破坏细菌分泌出的毒素4-6。沙门氏菌引发的食品安全事件一直高居不下。据报道，每年全世界大约有30多万例沙门氏菌感染病例7。人体感染少量沙门氏菌即可引发恶心、呕吐、腹泻等症状，尤其对于老人、幼童、孕妇等免疫力低下者极易感染，可引起呼吸急促、发热、脑膜炎甚至死亡，具有传播媒介多、途径广、危害性大的特点8-9。因此，沙门氏菌的有效监控是防控食源性疾病的重要环节，对保障人体健康具有重要意义。目前，沙门氏菌的检测方法主要分为3 类10-11：1）分离培养-生化鉴定法12；2）免疫学分析方法13，包括酶联免疫吸附法和胶体金免疫层析法等；3）分子生物学方法14-16等。但以上方法在一定程度上存在增菌时间长、干扰因素多、样品前处理复杂等问题，均难以满足在食品生产、加工、储运等环节中现场快速准确检测的需求。而生物传感器因其简便性好、分析速度快等优点在沙门氏菌检测中备受关注17-19。其中，磁弛豫（magnetic relaxation switching，MRS）免疫传感器是近年来发展迅速的生物传感分析方法之一，在复杂样品中的病原体检测方面发挥着越来越重要的作用20-24，但传统的MRS免疫传感器是基于磁颗粒状态的改变，易受食品基质影响，引起非特异性聚集。Wang Zhilong等25在前期工作中开发了一种基于顺磁离子Mn价态转换的MRS生物传感器。在该传感器中，顺磁离子制备简单，在溶液中稳定性高，有效解决了磁颗粒非特异性聚集这一问题。但该工作中使用的信号放大元件为生物酶-碱性磷酸酶，生物酶的催化活性易受环境条件的影响，难以回收和循环利用，制备和纯化的成本高、稳定性较低（变性和失活）。随着纳米科学技术的发展，纳米酶的出现和研发为解决上述难题提供了有效途径。纳米酶易于制备且自身结构具有较高的稳定性，成本远低于天然酶，对环境变化的耐受性更强，并且易于功能化修饰26-29，在食品安全检测领域具有良好的应用潜力。在众多纳米酶中，铂壳金核（AuPt）纳米酶因其高效的类过氧化物酶活性备受关注30，可有效替代天然的辣根过氧化物酶（horseradish peroxidase，HRP）。氯铂酸Au纳米颗粒Ab2AuPt纳米酶AuPt-Ab2H2O2H2O+O2AuPt纳米酶AH2O2磁信号强还原反应无磁信号MnO4-Mn2+2MnO4-+5H2O2+6H+=2Mn2+8H2O+5O2B无沙门氏菌沙门氏菌MnO4-Mn2+T2大T2=T2(样品)-T2(空白)T2小MNP180-Ab1H2O2H2O2H2O2H2O+O2KMnO4KMnO4CA.AuPt纳米酶的制备；B.H2O2介导的MnO4/Mn2磁弛豫传感系统；C.AuPt-MRS免疫传感器用于检测沙门氏菌。图 1 AuPt-MRS免疫传感器检测沙门氏菌的原理图 Fig.1 Schematic diagram of AuPt-MRS immunosensors for the detection of Salmonella 本实验将AuPt纳米酶与MnO4/Mn2价态转换介导的磁弛豫传感系统相结合，构建了一种灵敏、稳定的MRS免疫传感器，用于食源性沙门氏菌的快速、准确检测（图1）。首先通过微波合成法合成了具有高效催化活性的AuPt纳米酶，并将其用于高效催化过氧化氢（H2O2）（图1A），进而与H2O2介导的MnO4/Mn2转化体系相结合。由于MnO4无磁信号，而Mn2具有很强的磁信号，通过氧化还原反应可实现Mn离子价态的可控转变，从而实现生物传感信号的有效放大与高效读出（图1B）。当沙门氏菌存在时，修饰有捕获抗体