[发明专利]一种基于UCNPs和GO@Fe3

说明书

本专利利用上转换纳米材料，结合荧光传感器技术，构建了一种快速灵敏检测尿液样本中大肠埃希菌的新型荧光生物传感器。通过在荧光传感器的基础上，结合在复杂生物样本中发光性能稳定的上转换纳米粒子，以及具有大的比表面积能够负载大量检测探针并且可以通过磁性分离的氧化石墨烯@四氧化三铁复合纳米材料，能够有效地避免复杂生物样品的背景荧光信号的干扰以及纳米材料自身遮光效应的干扰，实现大肠埃希菌的快速灵敏检测。该新型荧光传感器具有较宽的检测范围(10³‑10⁷CFU/mL)和较低的检测限(467CFU/mL)(s/n＝3)，并且可以在30分钟就完成样本中靶标大肠埃希菌的检测。同时，我们提出的这种检测策略，只需要改变捕获元件，就能实现其他生物靶点的检测，包括细胞、肿瘤标记物和其他细菌株等。结果表明，该荧光传感器在疾病诊断方面具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种荧光生物传感器，特别涉及一种基于UCNPs和GO@Fe₃O₄快速检测大肠埃希菌的荧光生物传感器。

背景技术

细菌性尿路感染是一种临床常见的感染性疾病，其中80％的UTIs是由大肠埃希菌引起的。能否及时诊断并采取正确的治疗措施取决于实验室检查结果。目前细菌鉴定的主要方法包括平板培养法，聚合酶链反应法，质谱法。作为病原菌鉴定金标准，平板培养法需要通过富集步骤来增加细菌数量以达到最低检测水平，整个培养和鉴定过程至少需要48小时，这可能会导致治疗延误。基于聚合式酶链反应的分子生物学方法敏感度高，可以定量检测细菌量，但易受污染，产生假阳性信号，对实验室环境及操作人员的技术水平要求高，限制了它的大规模临床应用。质谱法是另一种非常有吸引力的检测方法，并且已逐渐被临床接受，然而，较高的成本和复杂的操作步骤限制了其在经济欠发达地区的应用。因此，迫切需要一种简单快速的诊断病原菌的方法以满足临床需求。

近年来，基于纳米材料构建生物传感器用于病原菌的快速检测越来越受到重视。其中，荧光生物传感器由于具有制造成本低，操作简单，检测设备普遍易获取等优点，在生物靶标检测中应用广泛。然而，传统的有机荧光染料荧光寿命短，光学性能不稳定，背景信号严重，使得它们在复杂生物样品中的检测应用受到限制。上转换纳米粒子是一种新型的发光纳米材料，它通过多光子吸收机制将近红外光转换为短波辐射，并且可以通过掺杂不同元素的稀土离子比例来调节其发射波长。与传统的有机荧光染料相比，上转换纳米粒子光学性质稳定，不易发生光漂白，并且由于激发光处于近红外区，其发射光不受复杂生物样品中背景吸收和自发荧光的干扰。氧化石墨烯是一种二维层状材料，它不仅可以通过π键之间的相互作用吸附单链核酸分子，而且由于其大的比表面积，能够大量负载生物分子或是纳米材料。同时，由于其具有良好的荧光淬灭能力，它在荧光传感器中也有广泛的应用。然而，基于氧化石墨烯构建生物传感器时，其检测性能容易受到其较差的水溶性以及遮光效果的影响。相比于氧化石墨烯，四氧化三铁有更好的水溶性，当它与氧化石墨烯结合形成纳米复合物后，不仅保留了氧化石墨烯优异的荧光淬灭性能及大的比表面积，能够淬灭荧光并负载大量生物分子。同时，由于包含四氧化三铁而易于被磁体分离，能将纳米材料从反应体系中分离开来，避免材料自身遮光效应对检测结果的干扰。

基于以上研究背景，结合本课题组的前期工作基础，本发明合成了荧光性能稳定的上转换纳米粒子，以及能够淬灭上转换荧光并负载大量生物分子，同时又能够通过磁性分离优化检测体系的氧化石墨烯@四氧化三铁纳米复合物，以快速灵敏检测尿液样本中的大肠埃希菌。通过充分利用上转换纳米粒子和氧化石墨烯@四氧化三铁纳米复合物的优点，开发出一种更加简单、快速、高灵敏检测尿液样本中大肠埃希菌的荧光传感器。

发明内容

本发明的目的是开发出一种更加简单、快速、高灵敏即时检测大肠埃希菌的荧光传感器。具体技术方案如下：

一种基于UCNPs和GO@Fe₃O₄即时检测大肠埃希菌的荧光生物传感器，其制备方法包括以下步骤：