用于检测磺胺二甲氧嘧啶的液晶型适配体生物传感器

发布时间：2020-06-26 19:39

【摘要】：磺胺二甲氧嘧啶(Sulfadimethoxine,SDM)是一种十分常见的抗生素,多用作饲料添加剂来治疗或预防鱼类或禽兽的疾病。近年来磺胺二甲氧嘧啶在食用性动物组织中的残留问题备受关注。早期的检测磺胺二甲氧嘧啶的方法,如氯化三苯基四氮唑法,高效液相色谱法,酶联免疫吸附法和荧光分析法等,虽然具有良好的特异性和较高的灵敏度,但存在耗时较长,成本较高,操作程序复杂,或者不适宜小型实验室操作等劣势,故开发适用于现场检测,操作简便、检测成本低廉的方法显得非常必要。液晶(Liquid crystals,LCs)是一种具有优异理化特性的软物质材料,如灵敏的取向响应和双折射特性等。在液晶型生物传感器中,液晶分子既充当信号换能元件又同时充当信号放大元件,且液晶型生物传感器无需借助其他复杂的信号读取装置便可实现对目标分析物的可视化检测,因此被广泛用于蛋白质、有机毒气、DNA及病原体等物质的检测中。制备液晶型生物传感器的核心为构建一个能使液晶垂直取向的功能化传感界面。就固态-液晶型适配体传感器而言,最常使用的方法包括:利用链霉亲和素-生物素反应将核酸适配体固定于传感器基底上、采用3-氨丙基三乙氧基硅烷(3-(Aminopropyl)triethoxysilane,APTES)-戊二醛(Glutaraldehyde,GA)两步式构建基底膜再通过氨基-醛基反应以固定核酸适配体。虽然上述方法均被证明是有效、可行的,然而仍然存在操作流程复杂,制作成本较高等缺点,因此有必要进一步探索新的适配体固定化方法。针对现存磺胺二甲氧嘧啶检测方法所存在的缺点以及现有液晶传感体系中核酸适配体固定方法所存在的问题,本文构建了2种不同基底的液晶生物传感器并用于检测磺胺二甲氧嘧啶,全文的主要研究内容包括以下几个部分:(1)制备了一种基于三乙氧基丁醛硅烷(Triethoxsilylbutyraldehy de,TEA)/N,N-二甲基-N-十八烷基-3-氨丙基三甲氧基氯化物(Octad ecanaminium,n,n-dimethyl N-[3-(trimethoxysilyl)propyl]-chloride,DM OAP)混合自组装膜的液晶型生物传感器并用于磺胺二甲氧嘧啶的检测。实验选用了TEA与DMOAP的混合溶液自组装玻片,其中DMO AP用于诱导液晶垂直取向,TEA则用于固定末端氨基化的磺胺二甲氧嘧啶的核酸适配体。首先考察了TEA与DMOAP的比例对液晶取向行为的影响,随后探讨了固定化核酸适配体浓度对液晶取向的干扰情况,最终获得既能使液晶垂直取向又能固定足够数量核酸适配体的条件。接着,根据传感器表面结合磺胺二甲氧嘧啶时,磺胺二甲氧嘧啶和传感界面上的核酸适配体发生特异性反应可显著影响传感器基底拓扑地貌,从而扰乱液晶分子4-氰基-4’-戊基联苯(4-cyano-4’-pentylbiphenyl,5CB)原有的垂直排列状态,进而引起偏光图像信号从均一的黑色变成明亮的彩色织构。实验分别用原子力显微镜、接触角测定仪表征了传感界面结合磺胺二甲氧嘧啶前后表面拓扑地貌、表面自由能变化情况,从理论上证实了传感器的工作原理。此外,我们进一步研究了传感器的检测限及选择性等传感性能,结果表明该传感系统对磺胺二甲氧嘧啶检测下限可低至10μg/L,并且具有非常好的选择性。相较于早期采用APTES-GA两步式功能化修饰传感器基底的方法,TEA可直接提供醛基用以捕获末端氨基化的核酸适配体,使传感器的制作过程得到简化,同时也保证了传感系统的可重复性。(2)构建了核酸适配体同时作为液晶的垂直取向分子和磺胺二甲氧嘧啶识别分子的液晶型生物传感器并用于磺胺二甲氧嘧啶的检测。为了进一步简化传感界面的处理,实验选用适宜长度与浓度的核酸适配体自组装至玻片表面用以诱导液晶分子5CB呈垂直排列。考察了传感器基底表面自组装适配体的长度以及浓度对液晶取向的影响,结果表明一定长度和一定表面密度(浓度)的自组装核酸适配体能使液晶垂直取向,并产生均一的黑色偏光图像。利用磺胺二甲氧嘧啶与其核酸适配体特异性结合形成的复合物会破坏5CB分子初始垂直取向,引起偏光图像变化。实验进一步考察了传感器的检测性能。在优化条件下,该方法检测磺胺二甲氧嘧啶的浓度可进一步下降至0.9μg/L,且具有较好的选择性。相较于(1)中提及的基底修饰方法,该方法具有更简便的制备步骤、更低的检测限下限。
【学位授予单位】：重庆医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S859.84;TP212.3
【图文】：

嘧啶,造血系统,磺胺类,抗生

第一章绪论简介的危害性[1, 2]是一种十分常见的磺胺类抗生 1.1 所示。磺胺二甲氧嘧啶除了有广谱有较强的药理作用[3]。磺胺二甲氧嘧啶经的治疗与预防。然而不合理使用磺胺二如可引起过敏反应，造血系统障碍等，等食品性动物组织中的残留问题受到了啶的简便、高灵敏的检测方法显得尤为

实例图,嘧啶,电化学传感器,实例

重庆医科大学硕士研究生学位论文灵敏度高等优势，但也具有难以区分非特异性吸附，对温等特点。因此，进一步开发操作简便，灵敏度高且特异性二甲氧嘧啶的检测具有重要的实用意义。胺二甲氧嘧啶的检测方法不同的是，近年来提出了基于适胺二甲氧嘧啶的检测，这些传感方法主要利用磺胺二甲氧发生特异性结合前后所引起的传感器输出信号不同，如荧和电阻[6, 12]（如图 1.2 所示）等，根据信号与磺胺二甲氧嘧现对其检测。尽管这些传感方法已成功实现磺胺二甲氧嘧旧存在成本较高，操作较复杂等问题。基于此现状，本文系统用于磺胺二甲氧嘧啶的检测，具有成本低，操作简便较强等优点。

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