[发明专利]基于EBFC的自供能细菌生物传感器及其应用

说明书

本发明构建了一种基于EBFC的自供能细菌生物传感器及其应用，属于生物传感技术领域。PB可以接收到来自生物阳极的电子转化为普鲁士白(prussian white,PW)，而PB的蓝色也可以通过得到电子转化为透明的PW。从蓝色到无色的变化速度取决于副溶血性弧菌的浓度。这种颜色可以通过将其连接到生物阳极上而恢复到原来的PB状态。当目标副溶血性弧菌存在时，EBFCs产生的开路电压随之降低，其振幅依赖于对目标的适配体识别的副溶血性弧菌浓度。副溶血性弧菌由于空间位阻效应阻止了燃料葡萄糖接近生物阳极上葡萄糖脱氢酶(GDH)活性位点，导致普鲁士白的颜色减少。本发明实现对food pathogens简单、方便、快速、灵敏、高效检测。

技术领域

本发明构建了一种通过整合普鲁士蓝(prussian blue,PB)电致变色和适配体与抗原的特异性结合的基于可视化可重复酶生物燃料电池(EBFCs)的自供电生物传感平台用于检测副溶血弧菌，属于生物传感技术领域。

背景技术

酶生物燃料电池(EBFCs)是一种新型的绿色能源转化技术，由于其操作条件温和，应用前景良好，可从生化反应中提取生物能源。基于EBFC的自供能生物传感器，是一种以电池性能输出作为分析检测信号的一类传感器，该传感器信号与被检测分析物浓度成比例关系。其具体优点主要表现在：(1)设备简单。检测过程仅需两根电极，即EBFC的阴阳两极，便可实现检测；(2)抗干扰能力强。测试体系未施加额外电源，能有效避免易发生氧化还原的电活性物质在电极表面反应，从而提高了传感器的抗干扰能力；(3)能实现简单、快速、实时检测。检测过程中无需电化学工作站等供电设备，仅需简易电压表和适宜的光源便可实现检测，故检测设备易携带，能实现实时监测。基于EBFC的自供电生物传感器已成功应用于确定有毒污染物，免疫测定，癌症标记，药物释放和食品安全，已成为新型生物传感平台，实现不同目标的检测。

食品中的致病菌对人类生命的一大威胁，如伤寒沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等。目前已经有多种检测食物中的致病菌的方法，包括聚合酶链反应(PCR)、生化免疫检测、下一代测序(NGS)、DNA探针、表面增强拉曼散射(SERS)光谱，但其昂贵且复杂，检测难度大。为了解决这些问题，开发高灵敏度和选择性的生物传感器来潜在地检测食品病原体是非常紧迫的。此外，具有显著的化学稳定性、易于化学修饰、体积小、合成简单、特异度高等优点的适配体已成为理想的病原菌检测分子受体。因此，设计制备基于生物燃料电池的自供能生物传感器，实现对副溶血弧菌等食用致病菌简单、方便、高灵敏、高特异性检测非常必要。

发明内容

本发明构建了一种新型可视化和可重复的基于EBFCs的自供能生物传感平台，用于超灵敏检测食物中的致病菌(food pathogens)。PB电致变色和氧化还原状态的变化以及适配体对致病菌的特异性识别在生物传感器中发挥了重要作用。本发明将葡萄糖脱氢酶(GDH)和适配体固定在PTH/CNTs/AuNP上作为生物阳极，介导的PB电极和将胆红素氧化酶(BOD)固定在 CNT上的生物阴极构建燃料电池。一方面，当生物阳极与PB电极连接时，GDH氧化葡萄糖产生电子通过外部电路流向PB以将PB转换为普鲁士白(PW)，而PB的蓝色也是改为透明。另一方面，将生物阴极电极与PW电极连接，生物阴极从PW电极接收电子使其氧化成原始的PB状态。在这种情况下，EBFC产生了两个高的开路电压(E^OCV)。当存在致病菌时，它们被适配体特异性识别并结合，由于空间位阻效应使燃料葡萄糖远离GDH表面上的活性位点，使EBFC产生低的E^OCV。同时，当PW电极与生物阴极连接时，由于PB较难转换成PW，所以接收到另一个低E^OCV。因此，通过比较电致变色显示的颜色变化程度和生物阳极与PB 和PW与生物阴极产生的两个E^OCV的比较，成功地实现了超灵敏检测食物中的致病菌。这种有效而简单的策略不仅表现出高灵敏度和高选择性，而且还实现了可视化检测和可重复使用。因此，这一有效而简单的策略不仅具有较高的灵敏度和选择性，而且实现了生产自供电生物传感平台的可视化和可重用性，具有作为食品安全中副溶血性弧菌检测现场工具的潜力。