[發明專利]基于EBFC的自供能細菌生物傳感器及其應用

有效

• 申請號: 201811075816.5
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN109254039B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 李峰;蓋盼盼;于汶;谷成成;侯婷
• 申請（專利權）人: 青島農業大學
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N27/327
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海

本發明構建了一種基于EBFC的自供能細菌生物傳感器及其應用，屬于生物傳感技術領域。PB可以接收到來自生物陽極的電子轉化為普魯士白(prussian white,PW)，而PB的藍色也可以通過得到電子轉化為透明的PW。從藍色到無色的變化速度取決于副溶血性弧菌的濃度。這種顏色可以通過將其連接到生物陽極上而恢復到原來的PB狀態。當目標副溶血性弧菌存在時，EBFCs產生的開路電壓隨之降低，其振幅依賴于對目標的適配體識別的副溶血性弧菌濃度。副溶血性弧菌由于空間位阻效應阻止了燃料葡萄糖接近生物陽極上葡萄糖脫氫酶(GDH)活性位點，導致普魯士白的顏色減少。本發明實現對food pathogens簡單、方便、快速、靈敏、高效檢測。

技術領域

本發明構建了一種通過整合普魯士藍(prussian blue,PB)電致變色和適配體與抗原的特異性結合的基于可視化可重復酶生物燃料電池(EBFCs)的自供電生物傳感平臺用于檢測副溶血弧菌，屬于生物傳感技術領域。

背景技術

酶生物燃料電池(EBFCs)是一種新型的綠色能源轉化技術，由于其操作條件溫和，應用前景良好，可從生化反應中提取生物能源。基于EBFC的自供能生物傳感器，是一種以電池性能輸出作為分析檢測信號的一類傳感器，該傳感器信號與被檢測分析物濃度成比例關系。其具體優點主要表現在：(1)設備簡單。檢測過程僅需兩根電極，即EBFC的陰陽兩極，便可實現檢測；(2)抗干擾能力強。測試體系未施加額外電源，能有效避免易發生氧化還原的電活性物質在電極表面反應，從而提高了傳感器的抗干擾能力；(3)能實現簡單、快速、實時檢測。檢測過程中無需電化學工作站等供電設備，僅需簡易電壓表和適宜的光源便可實現檢測，故檢測設備易攜帶，能實現實時監測。基于EBFC的自供電生物傳感器已成功應用于確定有毒污染物，免疫測定，癌癥標記，藥物釋放和食品安全，已成為新型生物傳感平臺，實現不同目標的檢測。

食品中的致病菌對人類生命的一大威脅，如傷寒沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等。目前已經有多種檢測食物中的致病菌的方法，包括聚合酶鏈反應(PCR)、生化免疫檢測、下一代測序(NGS)、DNA探針、表面增強拉曼散射(SERS)光譜，但其昂貴且復雜，檢測難度大。為了解決這些問題，開發高靈敏度和選擇性的生物傳感器來潛在地檢測食品病原體是非常緊迫的。此外，具有顯著的化學穩定性、易于化學修飾、體積小、合成簡單、特異度高等優點的適配體已成為理想的病原菌檢測分子受體。因此，設計制備基于生物燃料電池的自供能生物傳感器，實現對副溶血弧菌等食用致病菌簡單、方便、高靈敏、高特異性檢測非常必要。

發明內容

本發明構建了一種新型可視化和可重復的基于EBFCs的自供能生物傳感平臺，用于超靈敏檢測食物中的致病菌(food pathogens)。PB電致變色和氧化還原狀態的變化以及適配體對致病菌的特異性識別在生物傳感器中發揮了重要作用。本發明將葡萄糖脫氫酶(GDH)和適配體固定在PTH/CNTs/AuNP上作為生物陽極，介導的PB電極和將膽紅素氧化酶(BOD)固定在 CNT上的生物陰極構建燃料電池。一方面，當生物陽極與PB電極連接時，GDH氧化葡萄糖產生電子通過外部電路流向PB以將PB轉換為普魯士白(PW)，而PB的藍色也是改為透明。另一方面，將生物陰極電極與PW電極連接，生物陰極從PW電極接收電子使其氧化成原始的PB狀態。在這種情況下，EBFC產生了兩個高的開路電壓(E^OCV)。當存在致病菌時，它們被適配體特異性識別并結合，由于空間位阻效應使燃料葡萄糖遠離GDH表面上的活性位點，使EBFC產生低的E^OCV。同時，當PW電極與生物陰極連接時，由于PB較難轉換成PW，所以接收到另一個低E^OCV。因此，通過比較電致變色顯示的顏色變化程度和生物陽極與PB 和PW與生物陰極產生的兩個E^OCV的比較，成功地實現了超靈敏檢測食物中的致病菌。這種有效而簡單的策略不僅表現出高靈敏度和高選擇性，而且還實現了可視化檢測和可重復使用。因此，這一有效而簡單的策略不僅具有較高的靈敏度和選擇性，而且實現了生產自供電生物傳感平臺的可視化和可重用性，具有作為食品安全中副溶血性弧菌檢測現場工具的潛力。