一种噬菌体共价偶联的类过氧化物酶复合材料电极及其制备方法和应用

本发明涉及一种噬菌体共价偶联的类过氧化物酶复合材料电极及其制备方法和应用，更具体地，涉及一种基于噬菌体共价偶联的moo3/mil-125-nh2纳米酶复合材料的电化学生物传感器的制备和其在金黄色葡萄球菌检测中的应用。

背景技术：

1、纳米酶是同时具有纳米级尺寸(1-100nm)及类似酶的催化特性的纳米材料。相比于天然酶而言，纳米酶具有低成本、高稳定性和耐久性等优点。纳米酶被开发为有效和多功能的生物催化剂，可以催化各种生物化学反应，已广泛用于生物医学和生物技术应用，包括生物传感器、药物输送和治疗。在电化学生物传感器中，基于纳米酶催化放大信号策略已被证明可以提高检测系统的灵敏度和准确性。但是由于缺乏对目标物识别的特异性，纳米酶在检测疾病生物标志和其他分析物方面还有一定缺陷，因此需要在纳米酶催化的基础上复合特定的识别元件以保证选择性检测。利用噬菌体偶联的类过氧化物酶复合材料电极作为一种新型电化学探针可以进一步改善检测的特异性，提高传感器的分析性能。

2、金黄色葡萄球菌(s.aureus)是一种革兰氏阳性细菌，它被认为是最常见的食源性病原体之一。近年来，我国频繁发生金黄色葡萄球菌引起的食品安全事件，这严重威胁了公众的饮食安全。此外，金黄色葡萄球菌也是肺炎、手术部位、假体关节、心血管感染和菌血症的主要致病病原体。因此，迫切需要快速、准确的检测金黄色葡萄球菌的方法以减少食物中毒事件的发生与控制金黄色葡萄球菌引起的传染病。

技术实现思路

1、发明目的：为了实现快速、特异检测金黄色葡萄球，并可以区别活/死细菌细胞，提供一种噬菌体共价偶联的类过氧化物酶复合材料电极及其电极制备方法和应用。

2、该电流型无标记电化学生物传感器基于噬菌体共价偶联的类过氧化物酶复合材料和细菌的特异性结合，既可以催化电活性物质产生电化学信号，也可以识别目标菌，在菌株识别后电极上产生的电流的下降，利用这种电流的变化可实现金黄色葡萄球菌的快速检测。

3、本发明以乙腈为溶剂，将金属氧化物(如moo3)和一种ti金属有机骨架(mof)复合在一起，得到一种新型纳米酶。获得的moo3/mil-125-nh2具有以下几个优势：(1)具有模拟辣根过氧化物酶的高效催化活性，以3,3',5,5'-四甲基联苯胺(tmb)和过氧化氢(h2o2)作为酶反应底物，可以实现对金黄色葡萄球菌的特异检测。(2)由于moo3/mil-125-nh2表面特有的氨基，可以通过共价结合方式与噬菌体头部所带有的氨基基团偶联，实现噬菌体在材料表面的定向固定，从而将捕获的蛋白(尾纤维)全部暴露于靶宿主细菌细胞，该方法简单、快速、成本低。

4、技术方案：本发明采用以下技术方案：第一方面，本发明提供一种噬菌体共价偶联的类过氧化物酶复合材料电极的制备方法，包括以下步骤：

5、a、制备mo/ti-mof纳米酶复合材料

6、将金属氧化物mo与ti金属有机骨架ti-mof进行复合，具体的，包括以下步骤：将mo与ti-mof置于第二有机溶剂中，混合后的悬浮液经干燥后，得到的固体粉末即为mo/ti-mof纳米酶复合材料；

7、b、制备噬菌体偶联mo/ti-mof纳米酶复合材料溶液

8、使用偶联剂将mo/ti-mof和噬菌体的头部偶联起来，得到mof-phage复合材料；然后将mof-phage复合材料重悬于磷酸盐缓冲液pbs中，制得mof-phage复合材料悬浮液；

9、c、制备电化学生物传感器工作电极

10、将所述mof-phage复合材料悬浮液滴加在玻碳电极上，得到mof-phage复合材料电极；

11、用封闭试剂阻断mof-phage复合材料电极上的非特异性结合位点，并用pbs洗涤，后得到所述电化学生物传感器工作电极。

12、在一些实施例中，步骤a中，所述ti金属有机骨架ti-mof包括mil-125-nh2。

13、在一些实施例中，步骤a中，所述ti金属有机骨架ti-mof的制备方法包括以下步骤：将有机配体溶于第一有机溶剂中，搅拌均匀溶解后，加入钛源，置于反应釜中，加热24h后离心收集固体样品，再经第一有机溶剂洗涤后干燥制得ti-mof。

14、在一些实施例中，所述第一有机溶剂为体积比为9:1的n,n-二甲基甲酰胺dmf和甲醇meoh混合液。

15、在一些实施例中，所述钛源ti采用钛酸四异丙酯tpot、钛酸四乙酯tet、钛酸四丁酯tbot、四氯化钛ticl4、三氯化钛ticl3和硫酸钛ti(so4)2中的一种或几种；优选为钛酸四丁酯tbot。

16、在一些实施例中，所述有机配体选自对苯二甲酸bdc、2-氨基对苯二甲酸nh2-bdc、均苯三甲酸btc，2,5-二羟基对苯二甲酸h4dobdc中的一种或几种；优选为2-氨基对苯二甲酸nh2-bdc。

17、在一些实施例中，所述钛源与有机配体的比例为0.14-1.12g有机配体:0.2～1.2ml钛源，优选为0.56g有机配体：0.6ml钛源。

18、在一些实施例中，所述反应釜的加热温度为100～200℃，优选为150℃。

19、在一些实施例中，所述干燥包括在真空条件下干燥，干燥的温度为40～80℃，优选为60℃。

20、在一些实施例中，步骤a中，所述金属氧化物mo选自三氧化钨wo3、三氧化钼moo3、五氧化二钒v2o5、氧化锆zro2、氧化锌zno中的一种或几种；优选为三氧化钼moo3。

21、在一些实施例中，步骤a中，所述金属氧化物mo和ti-mof的质量比为(0～20):(30～50)；优选为(5～20):(30～50)，进一步优选为10:50。

22、在一些实施例中，步骤a中，所述第二有机溶剂选自乙腈、乙醇、甲醇、丙酮、氯仿中的一种或几种；优选为乙腈。

23、在一些实施例中，步骤a中，所述混合包括超声波处理。

24、在一些实施例中，步骤a中，复合物干燥的温度为65～105℃，优选为85℃。

25、在一些实施例中，所述步骤b中，所述mof-phage复合材料的制备方法包括：

26、将mo/ti-mof分散在磷酸盐缓冲溶液pbs中，与戊二醛混合，混合物孵育完成后，离心得到戊二醛修饰的mo/ti-mof；

27、将上述戊二醛修饰的mo/ti-mof与噬菌体溶液混合、反应，噬菌体与mo/ti-mof共价结合得到mof-phage复合材料。

28、在一些实施例中，所述磷酸盐缓冲溶液的ph为5～9，优选为ph＝7.4。

29、在一些实施例中，所述mo/ti-mof分散在磷酸盐缓冲溶液pbs中的浓度为0.5～4mgml-1，优选为2mg ml-1。

30、在一些实施例中，所述孵育包括在室温下孵育10～50min，优选为30min。

31、在一些实施例中，步骤b中，所述mof-phage复合材料悬浮液的浓度为0.5～3.5mgml-1。

32、在一些实施例中，步骤b中，偶联剂选自戊二醛、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺edc、n-羟基丁二酰亚胺nhs、壳聚糖cs和聚乙烯亚胺pei中的一种或几种；优选为戊二醛。

33、在一些实施例中，所述偶联剂、mo/ti-mof和噬菌体的体积比为2.5:0.5:1.5。

34、在一些实施例中，所述噬菌体的浓度为109pfu ml-1。

35、在一些实施例中，步骤c中，所述mof-phage复合材料悬浮液的滴加量为2.5～7.5μl，优选为5.0μl。

36、在一些实施例中，步骤c中，所述封闭试剂包括血清白蛋白溶液bsa。

37、第二方面，提供一种噬菌体共价偶联的类过氧化物酶复合材料电极，根据上述的制备方法制备得到。

38、第三方面，提供所述的噬菌体共价偶联的类过氧化物酶复合材料电极，作为电化学生物传感器在电化学检测金黄色葡萄球菌中的应用。

39、在一些实施例中，所述金黄色葡萄球菌的检出限为16cfu ml-1。

40、在一些实施例中，所述的应用，包括下述步骤：

41、将处理好的待测样品滴加到所述噬菌体共价偶联的类过氧化物酶复合材料电极的电化学生物传感器上作为工作电极，与参比电极和辅助电极构成三电极体系，进行电化学测量，并利用所述传感器对待测样品进行检测。

42、在一些实施例中，所述参比电极采用甘汞电极，辅助电极采用铂丝电极。

43、在一些实施例中，所述电化学测量的监测数据为峰电流值。

44、在一些实施例中，在含有1.0mm 3,3',5,5'-四甲基联苯胺(tmb)与2.0mm过氧化氢(h2o2)的10ml ph＝7.4的磷酸盐缓冲溶液(pbs)中进行电化学测量。

45、在一些实施例中，采用差分脉冲伏安法(dpv)进行电化学测量，参数设定如下：电位扫描范围为-0.2～0.3v；脉冲振幅为50mv；脉冲宽度为20ms。

46、有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：

47、1、纳米酶采用金属氧化物moo3和金属有机骨架mil-125-nh2的复合材料，该纳米酶表面仍带有mil-125-nh2的氨基基团，在后续使用共价偶联方式连接各种生物识别元件(噬菌体、抗体和适体等)时不需要再引入氨基，该方法生物相容性好。

48、2、moo3/mil-125-nh2复合材料同时放大了金属氧化物moo3和金属有机骨架mil-125-nh2的类酶催化性能，且与噬菌体共价偶联后的mof-phage复合物仍具有较优异的类酶催化活性，克服了传统生物酶易变性、稳定性差、催化活性易受环境(ph、温度、气压)等影响的缺点。

49、3、该生物传感器使用噬菌体偶联类过氧化物酶(moo3/mil-125-nh2)复合材料为电极材料，其中，噬菌体与其他识别工具相比，最显著的特点是在检测过程中可以鉴别活/死细菌细胞。