基于MIL-53(Fe)的微生物传感器在抗生素检测中的应用
陈立志,韩笑,何迪,贺敬婷,于佳雪,马烨,刘畅*
(锦州医科大学 药学院,辽宁 锦州 121000)
摘要
通过将大肠杆菌(E. coli)、海藻酸钠(SA)和MIL-53(Fe)掺杂到聚乙烯醇(PVA)胶体中形成纳米复合材料,并与硼酸交联得到MIL-53(Fe)/E. coli/SA/PVA颗粒。以E. coli作为受试体,K3[Fe(CN)6]为媒介体负责转运固定化微生物呼吸作用产生的电子至电极表面,通过监测还原产物([Fe(CN)6]4-)的量的变化,从而得到微生物活性变化的信息,进而衡量药物的有效性。通过筛选MIL-53(Fe)/E. coli/SA/PVA颗粒的最佳形成条件制备了灵敏的生物探针,搭建了基于固定化微生物的传感体系,并应用于不同抗生素类药物的检测。
引言
载体材料的选择是固定化技术中最重要的环节之一,理想的载体应具备无毒害、不易分解、比表面积大、价廉易得等优点[1-6]。在众多包埋材料中,聚乙烯醇(PVA)经硼酸处理成球后的稳定性和机械强度最优,被包埋生物体活性周期较长,因此应用最为广泛。为了提高成球材料的透性,增强其传质能力,纳米材料被引入,经实验证明,通过简单掺杂即可制备性能更为优越的复合材料[1-4]。
金属有机骨架化合物(MOFs)是以金属为中心,通过与含氧、氮等有机配体作用而形成的新型材料,因其普遍具备高比表面积,均匀孔径尺寸和生物相容性好等优势,近些年来在药物的吸附、分离、转运和传感等方面有较好的应用[7-12]。MIL-53(Fe)属于MOFs材料中MIL系列,是以铁为中心,以对苯二甲酸为有机配体形成的三维立体结构材料,具有较好的生物相容性、水溶液稳定性及热稳定性。本文通过掺杂的方式,制备了MIL-53(Fe)/E. coli/SA/PVA颗粒,并以Fe(CN)63-为媒介体,通过电化学方法检测被还原的媒介体的量确定固定化微生物呼吸作用的变化,进而实现对抗生素药物有效性的评估[13]。实验结果表明,已制备的MIL-53(Fe)纯度较高,具有均匀的八面体晶体结构;掺杂MIL-53(Fe)制备的固定化微生物颗粒的原始生物活性更高,且随存储周期的增加,仍保持了相对较高的活性。基于MIL-53(Fe)/E. coli/SA/PVA胶体颗粒的电化学传感体系对庆大霉素和阿米卡星的药敏实验结果与传统纸片扩散法所得结果相一致,但操作更为简单,周期更短。
结论
通过引入MOFs材料—MIL-53(Fe)制备了一种生物相容性好,介质传导能力更优的微生物固定化材料,以该材料制备的MIL-53(Fe)/E. coli/SA/PVA颗粒对庆大霉素和阿米卡星两种抗生素具有较好的生物响应,其药敏实验结果与传统纸片法相一致。由于进行了固定化处理,受试菌体具有更长的存储周期,可实现随用随取,弥补传统药敏实验方法前处理复杂、反应周期长的缺陷,证明了本研究所提出的基于MIL-53(Fe)/E. coli/SA/PVA的电化学传感体系在临床药敏实验和药物质量控制领域具有一定的应用价值,可作为实用性技术加以推广。
目录
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
1.2 实验方法
1.2.1 MIL-53(Fe)的制备
1.2.2 制备MIL-53(Fe)/E. coli/SA/PVA复合材料
1.2.3 MIL-53(Fe)/E. coli/SA/PVA复合材料在药物分析中的应用
1.2.4 电化学检测方法
2 结果与分析
2.1 MIL-53(Fe)的表征分析
2.2 MIL-53(Fe)/E. coli/SA/PVA的最佳制备条件及存储研究
2.2.1 筛选复合材料中MIL-53(Fe)的最佳浓度
2.2.2 考察交联及保藏时间对MIL-53(Fe)/E. coli/SA/PVA活性影响2.3 固定化微生物的灵敏度分析
2.4 基于固定化微生物的抗生素类药物的有效性检测
3 结论
引用本文:陈立志, 韩笑, 何迪, 等. 基于MIL-53(Fe)的微生物传感器在抗生素检测中的应用[J]. 化学试剂, 2020, 42(4): 354-358.
