基于SERS技術(shù)的微生物發(fā)酵過程物質(zhì)定量檢測(cè)研究.pdf

1、表面增強(qiáng)拉曼散射（Surface-enhanced Raman scattering, SERS）技術(shù)常用來(lái)探測(cè)物質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)信息，被稱為“指紋譜”。SERS技術(shù)在保持常規(guī)拉曼光譜檢測(cè)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也克服了后者信號(hào)強(qiáng)度低的缺陷。微生物發(fā)酵技術(shù)作為工業(yè)上化學(xué)制品生產(chǎn)的重要技術(shù)，受到各領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注?；赟ERS技術(shù)在痕量物質(zhì)檢測(cè)和生物領(lǐng)域檢測(cè)的廣闊應(yīng)用前景，本課題通過制備性能良好的SERS基底底來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵過程物質(zhì)的快速定量檢測(cè)。本課題

2、中采用兩種不同類型的SERS基底，分別是銀納米顆粒(AgNanoparticles,Ag NPs)原位生長(zhǎng)在硅納米線陣列(Si NanowireArray，SiNWA)的Ag/SiNWA結(jié)構(gòu)(Ag Nanoparticles/Si Nanowire Array)以及Ag溶膠。由于在實(shí)際的微生物發(fā)酵體系一般較為復(fù)雜，其中的生物分子的種類往往較多，會(huì)導(dǎo)致SERS測(cè)試中熒光背景較高，使得物質(zhì)信號(hào)被淹沒，不利于實(shí)現(xiàn)SERS技術(shù)定量分析，因而需要

3、對(duì)此進(jìn)行針對(duì)性的處理，經(jīng)文獻(xiàn)調(diào)研本課題采用循環(huán)滾動(dòng)濾波法（Rolling-Circle Filtering, RCF）對(duì)檢測(cè)到的SERS光譜的背景噪聲信號(hào)進(jìn)行消除。隨后利用SERS技術(shù)對(duì)以下三種微生物發(fā)酵過程進(jìn)行檢測(cè)研究:好氧型S-腺苷蛋氨酸（S-Adenosy-L-Methionine, SAM）發(fā)酵，厭氧型1,3-丙二醇(1,3-Propanediol，1,3-PDO)發(fā)酵以及兼性厭氧型乳酸(Lactic acid,Lac)發(fā)酵。針

4、對(duì)SAM發(fā)酵產(chǎn)物的檢測(cè)，本課題組通過對(duì)濃度系列樣品進(jìn)行SERS檢測(cè)，以2920cm-1處的拉曼特征峰建立其定量檢測(cè)關(guān)系曲線，來(lái)計(jì)算SAM濃度，實(shí)現(xiàn)對(duì)SAM的檢測(cè)。同時(shí)為了驗(yàn)證其在發(fā)酵過程中的適用性，又以高效液相色譜法（High performance liquid chromatography, HPLC）的檢測(cè)結(jié)果做對(duì)比，相對(duì)誤差小于13％，表明SERS技術(shù)對(duì)于SAM發(fā)酵過程生物分子的檢測(cè)具有較高準(zhǔn)確度。在此基礎(chǔ)上，課題組又對(duì)以甘油(

5、Glycerol, GLY)為碳源，1,3-PDO為主產(chǎn)物，Lac為副產(chǎn)物的厭氧型發(fā)酵體系進(jìn)行了檢測(cè)。通過分析三種物質(zhì)的拉曼光譜圖，發(fā)現(xiàn)1,3-PDO及Lac均具有獨(dú)立的拉曼特征峰，可以直接對(duì)這兩種物質(zhì)進(jìn)行定量檢測(cè);GLY雖沒有獨(dú)立的特征峰，但通過對(duì)三種物質(zhì)的拉曼光譜進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，可以對(duì)共有的特征峰(～2920 cm-1)建立GLY的線性定量關(guān)系，通過差分反演方法計(jì)算GLY的濃度，相對(duì)誤差更是小于20％，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)該發(fā)酵過程中三種物

6、質(zhì)的快速定量檢測(cè)。隨后本課題組又將建立好的定量關(guān)系應(yīng)用到實(shí)際發(fā)酵液的檢測(cè)中，與HPLC的測(cè)試結(jié)果做對(duì)比，相對(duì)誤差小于15％，檢測(cè)限低至1 g/L，結(jié)果能夠滿足實(shí)際發(fā)酵體系中對(duì)1,3-PDO的濃度檢測(cè)要求。最后課題組對(duì)兼性厭氧型同型Lac發(fā)酵體系進(jìn)行了檢測(cè)，以GLY為供給物，Lac為產(chǎn)物，利用其各自的特征峰建立了定量關(guān)系，并對(duì)實(shí)際發(fā)酵體系的物質(zhì)濃度進(jìn)行檢測(cè)，通過與HPLC結(jié)果對(duì)比，確認(rèn)其相對(duì)誤差小于20％。系統(tǒng)研究表明SERS技術(shù)在微生物