本发明涉及一种自校准化学发光传感器用于尿路感染患者的快速和高精度抗生素用药指导，属于分析化学及纳米。
背景技术：
1、尿路感染大部分由单一病原菌引起，其中大肠杆菌和肺炎克雷伯菌占80％以上，临床通常需要抗生素进行治疗。然而，由于病原体自身的特点不同，使得它们对抗生素的敏感性存在差异。基于医学证据的尿路感染患者的治疗需要根据药敏试验结果进行抗生素用药。目前为止，传统的药敏试验包括微肉汤稀释法、纸片扩散法、e试验或药敏自动化检测系统等，这些方法都较为耗时，且必须严格定量细菌以保证结果的可靠性，这严重阻碍了药敏试验指导的抗生素快速和精准治疗。因此，寻找一种快速、高精度的药敏试验来指导尿路感染患者的治疗具有重要的意义。
2、纳米氧化铜颗粒(cuo nps)具有优异的模拟过氧化物酶活性，在过氧化氢存在的条件下，它能催化鲁米诺底物产生化学发光信号。作为一种新型的纳米酶，cuo nps广泛应用于化学传感和体外生物测定。触酶(又称过氧化氢酶)是一种表达于大肠杆菌和肺炎克雷伯菌细胞膜表面的水解酶，它能降解两分子过氧化氢生成水和氧。抗生素的引入会破坏尿液样品中的敏感细菌，导致触酶释放到培养基中，从而降低了氧化铜纳米酶平台上的化学发光强度(δcl1)。本发明另外引入不含抗生素的参考信号(δcl0)获得自校准值(δcl1/δcl0)，该值反映了抗生素对尿路病原体的杀伤能力，与细菌的浓度无关。以头孢他啶和头孢吡肟为用药模型，构建了基于纳米氧化铜的化学发光平台，该超快速化学发光传感器可以在40分钟内从临床尿液标本中获得药敏试验结果，且无需对细菌进行定量，并能够很好的应用于抗生素用药指导。因此在生物传感器和药敏试剂盒研发等领域研究中具有巨大的应用前景。
3、本发明构建了一种氧化铜纳米酶的自校准化学发光传感器，并基于此开发一种尿路感染患者的快速和高精度药敏检测新方法，从而用于抗生素的用药指导。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种利用氧化铜纳米酶为化学发光传感器，建立一种尿液样本快速和高精度药敏检测新方法。
2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
3、一种自校准化学发光传感器用于尿路感染患者的快速和高精度抗生素用药指导方法，其特征是通过抗生素杀灭敏感细菌，从而影响敏感菌的触酶含量，利用纳米氧化铜-过氧化氢-触酶-鲁米诺化学发光传感器计算抗生素处理后体系的化学发光强度cl变化值δcl1/δcl0，进而反应抗生素杀灭细菌的能力，并以此区分敏感菌和耐药菌。
4、进一步地，所使用的纳米氧化铜-过氧化氢-鲁米诺化学发光传感器的方法构建：将浓度为0.1～62.5mmol/ml的过氧化氢和浓度为0.001～6.25μg/ml的纳米氧化铜溶液于22℃反应0.5～15分钟，然后用自动进样器加入浓度为0.002～0.8mmol/l、ph为10～13的鲁米诺溶液，用多功能酶标仪化学发光模块检测化学发光信号cl。
5、进一步地，所使用的纳米氧化铜-过氧化氢-鲁米诺化学发光传感器的方法构建：将浓度为31.3mmol/ml的过氧化氢和浓度为6.25μg/ml的纳米氧化铜溶液于22℃反应2分钟，然后用自动进样器加入浓度为0.4mmol/l、ph为12的鲁米诺溶液，用多功能酶标仪化学发光模块检测化学发光信号cl。
6、进一步地，利用不加菌液的二次蒸馏水作为基准化学发光信号cl，抗生素处理菌液后的化学发光信号为cl1，二次蒸馏水处理菌液后的化学发光信号为cl0，抗生素处理菌液后的化学发光信号与基准信号的差值为δcl1，二次蒸馏水处理菌液后的化学发光信号与基准信号的差值为δcl0，δcl1/δcl0表示抗生素杀灭病原菌的能力，通过graphpadprism9和spss19软件计算临床尿液样本的δcl1/δcl0阈值，低于阈值为敏感菌，高于阈值则为耐药菌。
7、进一步地，所述的一种自校准化学发光传感器用于尿路感染患者的快速和高精度抗生素用药指导方法，其特征是头孢他啶和头孢吡肟区分大肠杆菌耐药的阈值分别为93.7％和90.4％。
8、进一步地，所述的一种自校准化学发光传感器用于尿路感染患者的快速和高精度抗生素用药指导方法，其特征是头孢他啶和头孢吡肟区分肺炎克雷伯菌耐药的阈值分别为91.0％和91.5％。
9、进一步地，所述的一种自校准化学发光传感器用于尿路感染患者的快速和高精度抗生素用药指导方法，其特征是头孢他啶测定尿液样本的阈值高于91.0％不推荐用药；头孢吡肟测定尿液样本的阈值高于90.4％不推荐用药。
10、具体地说，本发明采用如下技术方案：
11、(一)纳米氧化铜材料的制备
12、以下过程中使用的所有玻璃器皿均经过王水浸泡，并用双蒸水彻底清洗，晾干。取硝酸铜溶液和冰醋酸加入到装有冷凝管的三颈瓶中，搅拌加热至沸腾，快速加入氢氧化钠溶液，然后继续搅拌，得到黑色氧化铜沉淀。将反应产物离心，用无水乙醇洗涤，减压干燥，即得纳米氧化铜粉体。将纳米氧化铜粉体分散于二次蒸馏水中得到棕色纳米氧化铜溶液。
13、纳米氧化铜具体制备步骤如下：
14、(1)取0.02mol/l的硝酸铜溶液150ml和0.5ml冰醋酸加入到装有冷凝管的三颈瓶中，搅拌加热至沸腾；
15、(2)快速加入0.04g/ml的氢氧化钠溶液10ml，然后继续搅拌5分钟，得到黑色氧化铜沉淀；
16、(3)将反应得到的黑色氧化铜沉淀离心，用无水乙醇洗涤三次，减压干燥，即得直径为6nm的纳米氧化铜粉体。
17、(二)纳米氧化铜-过氧化氢-触酶化学发光体系
18、首先将样本溶液与过氧化氢混合反应5min，然后加入纳米氧化铜溶液继续混合反应2min，最后用自动进样器加入鲁米诺溶液，产生的化学发光强度经多功能酶标仪化学发光模块检测。
19、所述的鲁米诺溶液ph值优选为12，鲁米诺溶液浓度优选为0.4mmol/l；过氧化氢的浓度优选为31.3mmol/l；纳米氧化铜溶液浓度优选为6.25μg/ml。
20、(三)自校准的纳米氧化铜-过氧化氢-触酶化学发光体系
21、将10株敏感的大肠杆菌或肺炎克雷伯菌用浊度仪调至0.5麦氏度(～1.5×108cfu/ml-1),并分为两组：抗生素(8μg/ml头孢他啶或头孢吡肟)和二次蒸馏水处理组。将细菌溶液与上述两组分别于35℃孵育30min，然后以12000rpm离心5min，再分别取25μl上清液与25μl h2o2(31.3mmol/l)在22℃下孵育5min，接着在上述50μl混合液中加入50μl的纳米氧化铜(6.25μg/ml)继续孵育2min，最后用自动进样器加入100μl的鲁米诺溶液(0.4mmol/l)，用多功能酶标仪化学发光模块检测化学发光强度，用未加菌液的二次蒸馏水采集的信号强度作为基准信号cl。用一种方法计算抗生素处理组与基准信号的cl强度变化值(δcl)，另一种方法计算抗生素和未加抗生素(二次蒸馏水)处理组与基准信号的cl强度变化值δcl1和δcl0，并计算它们的比值(δcl1/δcl0)。
22、(四)基于纳米氧化铜-细菌触酶化学发光传感器的快速和高精度药敏检测方法
23、将大肠杆菌或肺炎克雷伯菌感染的临床尿液样本以12000rpm离心5min，收集细菌并用0.9％氯化钠溶液洗涤3次，然后将细菌重悬于二次蒸馏水中，并分为两组：抗生素(8μg/ml头孢他啶或头孢吡肟)和二次蒸馏水处理组。将细菌溶液与上述两组分别于35℃孵育30min，然后以12000rpm离心5min，再分别取25μl上清液与25μl h2o2(31.3mm)在22℃下孵育5min，接着在上述50μl混合液中加入50μl的纳米氧化铜(6.25μg/ml)继续孵育2min，最后用自动进样器加入100μl的鲁米诺溶液(0.4mmol/l)，用多功能酶标仪化学发光模块检测化学发光强度，用未加菌液的二次蒸馏水采集的信号强度作为基准信号cl。抗生素和未加抗生素(二次蒸馏水)处理组与基准信号的cl强度变化值δcl1和δcl0，并计算它们的比值(δcl1/δcl0)。通过graphpad prism9和spss19软件计算大肠杆菌或肺炎克雷伯菌的阈值，并以此区分敏感菌和耐药菌(低于阈值为敏感细菌，高于阈值为耐药细菌)。δcl1和δcl0分别代表了细菌触酶在抗生素和二次蒸馏水处理后水解过氧化氢的能力。
24、(五)基于纳米氧化铜-细菌触酶化学发光传感器的抗生素用药指导
25、将临床尿液样本以12000rpm离心5min，收集细菌并用0.9％氯化钠溶液洗涤3次，然后将细菌重悬于二次蒸馏水中，并分为两组：抗生素(8μg/ml头孢他啶或头孢吡肟；128μg/ml哌拉西林钠/128μg/ml他唑巴坦钠)和二次蒸馏水处理组。将细菌溶液与上述两组分别于35℃孵育30min，然后以12000rpm离心5min，再分别取25μl上清液与25μl h2o2(31.3mmol/l)在22℃下孵育5min，接着在上述50μl混合液中加入50μl的纳米氧化铜(6.25μg/ml)继续孵育2min，最后用自动进样器加入100μl的鲁米诺溶液(0.4mmol/l)，用多功能酶标仪化学发光模块检测化学发光强度，用未加菌液的二次蒸馏水采集的信号强度作为基准信号cl。抗生素和未加抗生素(二次蒸馏水)处理组与基准信号的cl强度变化值δcl1和δcl0，并计算它们的比值(δcl1/δcl0)。通过与上述大肠杆菌或肺炎克雷伯菌的阈值比较，作为抗生素选择的依据(低于阈值为抗生素敏感菌，推荐选择，高于阈值为抗生素耐药菌，不推荐选择)；此结论已经采用本领域常规的细菌克隆计数法做方法学得到验证。
26、本发明的优点：本发明所述尿液样本中的细菌触酶可以水解过氧化氢，从而拮抗纳米氧化铜催化鲁米诺的氧化过程，淬灭体系的化学发光信号。抗生素可以杀灭敏感细菌，从而影响敏感菌的触酶含量，利用纳米氧化铜-过氧化氢-触酶-鲁米诺化学发光传感器计算抗生素处理后体系的化学发光强度变化值δcl1/δcl0，进而反应抗生素杀灭细菌的能力，并以此区分敏感菌和耐药菌。该方法无需定量细菌浓度、特异性高、样品需求量少，整个检测过程耗时40min，可用于尿液样本中细菌的快速药敏检测。
1.一种自校准化学发光传感器用于尿路感染患者的快速和高精度抗生素用药指导方法，其特征是通过抗生素杀灭敏感细菌，从而影响敏感菌的触酶含量，利用纳米氧化铜-过氧化氢-触酶-鲁米诺化学发光传感器计算抗生素处理后体系的化学发光强度cl变化值δcl1/δcl0，进而反应抗生素杀灭细菌的能力，并以此区分敏感菌和耐药菌。
2.根据权利要求1所述的一种自校准化学发光传感器用于尿路感染患者的快速和高精度抗生素用药指导方法，其特征是所使用的纳米氧化铜-过氧化氢-鲁米诺化学发光传感器的方法构建：将浓度为0.1~62.5 mmol/ml 的过氧化氢和浓度为0.001~6.25 µg/ml的纳米氧化铜溶液于22℃反应0.5~15分钟，然后用自动进样器加入浓度为0.002~0.8 mmol/l 、ph为10~13的鲁米诺溶液，用多功能酶标仪化学发光模块检测化学发光信号cl。
3.根据权利要求1或2所述的一种自校准化学发光传感器用于尿路感染患者的快速和高精度抗生素用药指导方法，其特征是所使用的纳米氧化铜-过氧化氢-鲁米诺化学发光传感器的方法构建：将浓度为31.3 mmol/ml 的过氧化氢和浓度为6.25 µg/ml的纳米氧化铜溶液于22℃反应2分钟，然后用自动进样器加入浓度为0.4 mmol/l 、ph为12的鲁米诺溶液，用多功能酶标仪化学发光模块检测化学发光信号cl。
4.根据权利要求1所述的一种自校准化学发光传感器用于尿路感染患者的快速和高精度抗生素用药指导方法，其特征是利用不加菌液的二次蒸馏水作为基准化学发光信号cl，抗生素处理菌液后的化学发光信号为cl1，二次蒸馏水处理菌液后的化学发光信号为cl0，抗生素处理菌液后的化学发光信号与基准信号的差值为δcl1，二次蒸馏水处理菌液后的化学发光信号与基准信号的差值为δcl0，δcl1/δcl0表示抗生素杀灭病原菌的能力，通过graphpad prism9和spss19软件计算临床尿液样本的δcl1/δcl0阈值，低于阈值为敏感菌，高于阈值则为耐药菌。
5.根据权利要求4所述的一种自校准化学发光传感器用于尿路感染患者的快速和高精度抗生素用药指导方法，其特征是头孢他啶和头孢吡肟区分大肠杆菌耐药的阈值分别为93.7% 和 90.4%。
6.根据权利要求4所述的一种自校准化学发光传感器用于尿路感染患者的快速和高精度抗生素用药指导方法，其特征是头孢他啶和头孢吡肟区分肺炎克雷伯菌耐药的阈值分别为91.0% 和 91.5%。
7.根据权利要求5或6所述的一种自校准化学发光传感器用于尿路感染患者的快速和高精度抗生素用药指导方法，其特征是头孢他啶测定尿液样本的阈值高于91.0% 不推荐用药；头孢吡肟测定尿液样本的阈值高于90.4% 不推荐用药。
