研究简介：细菌性食源性病原体包括各种疾病和继续威胁着全世界的公共健康。而李斯特菌(LM)是最危险的细菌之一。这种细菌会对孕妇、新生儿，老年人或免疫功能低下的人造成致命的食源性疾病。许多国家已经对李斯特菌实行零容忍政策，因为它有一个较低的感染剂量(<1000个细胞)和高死亡率。对这种细菌性食源性病原体的传统方法主要包括生化检测、细胞检测，但这些检测存在着一些弊端，例如密集的劳动和耗时的程序。研究人员合成了一种具有高表面积和可调孔的有序的介孔氧化钨，并将其作为传感材料并提出了一种能够实现对李斯特菌快速、灵敏、选择性的检测方法，通过使用基于介孔WO3气体传感器实现对这种单核细胞检测。
芬兰Bioscreen全自动生长曲线分析仪的应用
应用芬兰的Bioscreen全自动生长曲线分析仪测试了单核增生李斯特菌的生长情况影响，培养维温度为37度，培养时间为18h，每隔30分钟测试一次OD580值，培养过程中摇晃、生长及OD值的测试全是自动完成的，由于细菌的生长过程中由于培养过程中产生颜色会影响浊度的测试，测试过程中使用了Bioscreen设备宽波段滤光器，从而能够长时间准确的测试出单核增生李斯特菌，并计算出相应的增长率。
实验结果
采用了溶剂蒸发诱导共组装方法合成了良好的具有可调孔径为10.6-15.3 nm的微孔晶体有序介孔WO3材料。采用自制的PEO-b-PS二嵌段共聚物与不同的聚苯乙烯共聚物链长作为模板，在乙酰丙酮存在的前驱体下以氯化钨作为模板螯合剂。所得的介孔氧化钨具有较高的表面粗糙度面积(76-136m2/g)和可调孔隙体积0.13-0.17cm3/g。因为良好的介孔连接具有高表面积和结晶骨架的结构，基于介孔WO3的传感器反应迅速，在低浓度亚ppm级水平下对3-羟基-2-丁烷酮具有较高的灵敏度和高选择性，而该化合物是单核增生李斯特菌的生物标志物。模拟的在线气相色谱和气相色谱-质谱联用分析表明基于WO3材料的传感性能是由于存在着一个意想不到的新传感机理，即介孔WO3化学电阻传感器。乙酸是3-羟基-2-丁烷酮在WO3上催化反应的产物。研究人员提出了一种能够实现对李斯特菌快速、灵敏、选择性的检测方法，而实现对这种单核细胞检测则是通过使用基于介孔WO3气体传感器。
图1、经溶剂蒸发诱导共聚组装形成有序的介孔WO3材料示意图。步骤1。随着四氢呋喃的蒸发，pex-b-psy共聚物可与钨共聚形成球形复合胶束具有疏水的PS芯，该PS芯被一种混合稳定钨的PEO-AcAc-制备的外壳包围。步骤2，与连续蒸发THF，合成球形胶束进一步共聚组装成三维有序的细观结构，同时在100℃下退火24小时。制备的无机高分子杂化产物在氮气中350℃煅烧，得到碳载体的介孔WO3材料。步骤4。有序介孔WO3去除支撑碳后，最终通过在空气中500℃煅烧在孔隙通道中得到所需的材料。
图2、(a)WO3-pex-b-psy样品中WO3-的小角度x射线散射分析图（SAXS）。pex-b-psy样品在氮气中350℃碳化后得到在空气中500℃煅烧(1,wo3-peo117-b-ps297；2,wo3-peo117-)b-PS232；3，WO3-PEO117-b-PS186)。图b表示的是wo3-pex-b-psy样品的表面（高分辨率扫描电镜）FESEM图像。图C表示的是WO3-PEO117-b-PS297，表面FESEM;图e是其横截面FESEM。图d表示的是WO3-PEO117-b-PS232的FESEM图像。
图3、a)wo3-pex-b-psy样品氮吸附-解吸附等温线和(b)相应的wo3-pex-b-psy样品的孔径分布。该样品是在氮气中350℃碳化，在500℃煅烧得到在空中(1,wo3-peo117-b-ps297；2,wo3-peo117-b-ps232；3,wo3-PEO117-b-PS186)。图(c)是其[100]方面拍摄的TEM图像。图d是沿其[211]方向拍摄的TEM图像。图(e)是沿其[110]方向拍摄的TEM图像。(f)经HRTEM处理的WO3-PEO117-b-PS232图像氮气在350℃碳化，空气在500℃煅烧TEM图像。
图4、(a)基于不同的样品(Sa,Sb,Sc,Sd）的商业WO3粒子，WO3-peo117-b-ps297,WO3-peo117-b-ps232，和WO3-PEO117-b-PS186和5ppm 3-羟基-2-丁烷酮的传感器响应与恢复曲线。(b)上述四个传感器对50ppm的时干扰气体的响应情况，以及5ppm的3-羟基-2-丁烷酮的响应情况。
图5、(A)采用基于WO3-PEO117-b-PS186制备的传感器Sd用于检测单核增生李斯特菌的原理示意图。(B)传感器Sd对在30°C孵育18小时后的不同浓度李斯特菌的典型相应图。(C)典型反应其中Sd传感器对103 CFU mL-1单核增生李斯特菌于30℃下孵育2-18 h的相应。(d)Sd传感器对各种不同的单核增生李斯特菌浓度(101,102,103 CFU mL-1，分别)敏感性。其中李斯特菌是18小时内培养，每隔2小时测量一次30℃。(e)获得了单核增生李斯特菌生长曲线图，其中单核增生李斯特菌的OD值是每隔30分钟测试一次，培养时间为18 h。其中200μL细菌接种初始浓度为0、101、102、103、CFU mL-1的悬浮液，使用原理是基于浊度测量的方法。
总结：单核增生李斯特菌等食源性致病菌可引起多种疾病，对公众健康构成严重威胁。它们能够产生物种特异性的微生物挥发性有机化合物，例如生物标志物，使间接测量食品中的微生物污染成为可能。利用介孔WO3制备的传感器实现了对细菌的快速检测，具有灵敏度高、线性关系广、灵敏度高等优点，尤其是对单核增生李斯特菌的特异性响应，这种良好的气体传感性能预示着介孔WO3传感器在快速、有效地检测微生物污染方面具有巨大的应用潜力，对食品安全、水安全和公共卫生都具有重要意义。本文研究人员主要合成了具有高表面积和可调孔的有序的介孔氧化钨，并将其作为传感材料，实现了对微量单核增生李斯特菌的异常敏感和选择性检测。
研究过程中为了获得单核增生李斯特菌的生长特性，应用了芬兰全自动生长曲线分析仪Bioscreen测试了单核增生李斯特菌的生长情况影响，采用该生长曲线分析仪特有的专利技术能够排除培养基颜色变化对OD值的干扰，芬兰的全自动生长曲线分析仪Bioscreen能够长时间的同时平行测试多个各种菌株样品的生长曲线，并且所有的过程都是自动化的，为研究人员后续培养所需的单核增生李斯特菌提供了重要的技术支持。这说明全自动生长曲线分析仪能够很好的了解各种食源性致病菌的生长情况，能够为研究人员开发基于食源性致病菌的快速、灵敏、选择性的检测方法提供重要的技术支撑，这说明全自动生长曲线分析仪在开发出基于介孔WO3的气体传感器的应用领域也有较好的应用前景。
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