程斯运1 , 杨平1 , 沈瀚1 , 顾兵2
1. 南京大学医学院附属鼓楼医院
2. 广东省人民医院
目的: 病原菌感染依然是严重的全球性公共卫生问题。常规的检测方法需要 3~5天才能确诊,无法满足快速准确的检测要求。本研究旨在1小时内通过一次拉曼照射实现临床样本中3种常见菌的同时、高灵敏、定量检测。
方法:(1) 采用“PEI介导的种子生长法”合成单分散的磁分离捕获基底—金壳磁珠。麦胚凝集素和刀豆凝集素修饰在金壳磁珠表面,制备超广谱磁性分离基底。
(2)采用“种子生长法”合成稳定的40 nm金纳米花,3种特异性抗体通过链霉亲和素修饰在金纳米花表面,制备高性能SERS探针。
(3) 建立双重凝集素和抗体双识别的SERS检测平台,以大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌和肺炎克雷伯菌为例,研究此检测平台的灵敏度、特异性、重复性和多通道检测能力。
(4)将提出的检测平台应用于临床尿液、血液样本检测,优化实验条件,探究其实际应用潜能。
结果:(1)设计制备的双重凝集素修饰的金壳磁珠对大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌、肠炎沙门氏菌、宋内志贺菌、鲍曼不动杆菌等有超过71%的捕获效果,显著高于单一凝集素修饰的金壳磁珠。双重凝集素金壳磁珠在 15分钟内即可捕获完成,实现对临床样本中3种常见细菌的高效识别和磁分离。
(2)性能检测证明本研究提出的链霉亲和素和抗体共修饰的金纳米花拉曼标签比传统拉曼标签有更强的结合能力和抗盐稳定性。
(3)基于双重凝集素和抗体建立的双识别SERS检测平台,细菌浓度和拉曼信号符合线性关系,大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌检测限低至15 cfu/mL、7 cfu/mL和 20 cfu/mL。
(4)此检测平台有着良好的特异性、和重复性(RSD < 7.03%),可以在 1 小时快速内完成高灵敏的多通道细菌检测。
讨论: 我们首次报道了基于麦胚凝集素和刀豆凝集素修饰的金壳磁珠,制备了一种超广谱磁性分离基底,实现复杂样本中3种常见细菌的高效分离,和传统基于抗体、适配体等识别元件的分离系统,我们提出的双重凝集素磁分离方法可以更广谱和高效,同时具有成本低,多种病原菌同步抓取的优势。链霉亲和素和抗体共修饰的金纳米花拉曼标签可以精准识别特定细菌,并放大SERS信号。我们提出的检测平台在临床尿液、血液样中被证明有较好的应用潜能,可以排除临床样本中多组分干扰,达到特异性的灵敏检测。整个检测流程可以在 1 小时内快速完成,通过更换不同抗体可以拓展到其他病原菌的检测。