氨基硅胶薄层敏化发光细菌检测农残机理研究

High performance thin-layer chromatography mediated luminous bacteria assay ideally bridged high throughput separation and cell bio-sensing, displaying a broad prospect in food residue analysis. It was conventionally believed that the plate layer merely provided physical support to sensor cells. However, we first disclosed that the sensing capacity of luminous bacteria was tightly influenced by layer materials. Particularly, the use of amino silica gel layer resulted in significant enhancement of method detectability (500-5000 folds higher). This observation evidenced the impacts of plate layers to sensor cells. Understanding these impacts might be valuable for achieving higher analytical capacity. Based on environment condition-cell physiology interactions, this project is going to investigate influences of layer materials exposure to different bio-effect targets of Vibrio fischeri as the model strain, including: cell membrane structure and electrophysiology (membrane potential and potassium channel), biofilm formation and extracellular polymeric substance secretion, and bioluminescence-switching messengers, aiming to elucidate the structure-activity mechanism behind the sensitization efficacy of amino silica gel layer. On this basis, further study employing imidacloprid as the model probe will be performed to assess the dose-effect of amino silica gel onto the sensitization of vibrio fischeri. The gained knowledge from this project may provide scientific guidance for the design of new layer materials able to enhance bioluminescence detection.

高效薄层色谱-发光细菌法联用检测技术实现了高通量色谱分离和细胞生物传感的有机融合，在食品农残分析领域具有广阔的应用前景。传统观点认为薄层板仅为细菌细胞提供物理支撑。而申请人的前期研究首次发现发光细菌的检测能力与薄层材料种类密切相关，尤其使用氨基硅胶薄层可以显著提高方法灵敏度(500-5000倍增强)。这表明薄层材料对发光细菌的生物传感能力存在干涉作用。据此，本课题从环境因素影响细胞生理特性的角度出发，以费氏弧菌为模型，研究薄层材料暴露对其细胞膜结构和电生理(膜电位和钾离子通道)，生物膜形成和胞外多聚物分泌，以及发光调控通路信号分子等潜在生物效应靶点的作用效果，通过比较和归纳揭示氨基硅胶诱导增强费氏弧菌生物发光检测的构效原理；在此基础上以吡虫啉分子为模型探针，研究薄层板上氨基硅胶添加水平与费氏弧菌敏化程度之间的量效关系，为精准设计新型的具有敏化生物发光检测功能的薄层材料提供基础理论指导。

高效薄层色谱-发光细菌法联用检测技术实现了高通量色谱分离和细胞生物传感的有机融合，在食品农残分析领域具有广阔的应用前景。传统观点认为薄层板仅为细菌细胞提供物理支撑。而申请人的前期研究首次发现发光细菌的检测能力与薄层材料种类密切相关，尤其使用氨基硅胶板可以显著提高方法灵敏度。这表明薄层材料对发光细菌的生物传感能力存在干涉作用。.本课题以不同的薄层色谱固定相材料作为载体，系统地研究了其对生物发光细菌检测能力的影响。研究结果表明，薄层固定相材料对生物发光细胞的生物传感能力的影响可能与材料和待检化合物的理化特性共同决定。例如，丙氨基硅胶颗粒表面因为通过化学改性链接了丙氨基，因此的疏水性远低于普通硅胶，更不易被水浸润，换而言之表面能垒更大。对于疏水性强的化合物，根据相似相容原理推测当薄层板浸渍工作悬浮液之后疏水的目标分子更容易被牢固地吸附在丙氨基硅胶颗粒表面，而非通过溶解自由扩散到强极性的水溶液中。这就使得丙氨基硅胶层上检测目标物无法和细菌细胞接触，因此检测灵敏度远低于硅胶层。对于亲水性强的待测化合物，情况则相反。由于来自丙氨基硅胶材料的表面能垒排斥力，目标分子更容易与细菌细胞接触，因此可以实现检测灵敏度增强。该结论可以用于指导新一代适合细胞生物传感检测的HPTLC固定相材料研发。.在此基础上，研究者通过筛选调控不同的固定相材料，成功建立了多种水果杀虫剂（captan）残留和食品中化学药物（硝苯地平）掺假的快速色谱+生物传感检测方法，发表6篇研究性SCI文章，授权5件国家发明专利；多次参加国际和国内学术交流。