基于金属—有机配位聚合物的电化学生物传感器对黄曲霉毒素B1的检测

发布时间：2020-06-05 21:28

【摘要】：金属-有机配位聚合物(MOFs)因为其具有多孔结构、大的比表面积、易于功能化等特点,受到了越来越多研究者的重视。近年来MOFs在电化学领域得到了快速的发展,合成具有电化学活性的MOFs,并将其作为生物传感介质应用于生物化学分析领域成为热门的研究课题之一。电化学生物传感技术因其具有简单的操作、快的分析速度、高的灵敏度、优良的选择性等优点,被广泛应用于食品安全检测、环境污染监测、生物医学分析等领域。电化学生物传感器是一种将电化学分析方法与生物技术相结合而行成的新型传感器。在构建电化学生物传感器时选择电化学活性好的材料作为信号源对生物材料的分析起到信号放大的作用。真菌毒素是一种具有极大的致癌作用的污染物,其中黄曲霉毒素B1(AFB1)是已经发现的毒性极强的物质,具有致癌性、致畸性和致突变性,是引发肝癌的主要物质。AFB1广泛存在于农作物及含有农作物的制品中,在花生、玉米、谷物、咖啡、啤酒和多种调味品等都能够测得。对人们的饮食生活能产生很大的影响。开发一种快速灵敏的方法来检测AFB1非常重要。利用AFB1与特定的适配体结合具有高的特异性和亲和力等特点来设计一种高灵敏的电化学生物传感器用于对AFB1的检测具有重要的意义。基于此,本论文选择铜金属盐和有机配体作为反应物合成了具有电化学活性的Cu-MOFs,作为检测的信号探针,利用适配体与AFB1的特异性识别来设计电化学生物传感器用于AFB1的检测。主要内容如下:1.利用对苯二甲酸铜(Cu-TPA)能产生强的电化学信号设计一种灵敏的电化学生物传感器用于测定黄曲霉毒素B1(AFB1)。首先将金纳米粒子(AuNPs)负载到Cu-TPA后连接DNA1(S1)形成Cu-TPA/AuNPs/S1作为电化学传感器的信号探针。将DNA2(S2)连接到金电极(GE),接着与AFB1的适配体(S3)杂交形成S3/S2/GE。通过S3与S1的互补配对将信号探针连接到电极。Cu-TPA/AuNPs复合材料中含有大量的Cu(IⅡ),可以获得相对稳定和强的电化学信号。加入一定量的AFB1后,AFB1和S3结合,使得信号探针脱落,电化学信号降低。根据电化学信号值的变化实现对AFB1的检测。该方法有高的灵敏度和低的检出限。在最佳条件下,该电化学生物传感器的检出限为4.2×10-6ng/mL(S/N=3),线性范围为10-5～10ng/mL。生物传感器也用于啤酒样品中AFB1的检测并计算得到回收率为95～106%。2.合成一种带有-NH2的对苯二甲酸铜(Cu-BDC),利用-NH2与AuNPs连接形成Cu-BDC/AuNPs,进而去连接DNA作为信号探针。同时选用核酸外切酶Ⅲ(Exo Ⅲ)的辅助循环放大来设计电化学生物传感器更好的用于检测AFB1。首先将发夹DNA固定在金电极(GE)上。加入AFB1后引发Exo III水解部分发夹DNA,释放单链DNA进入新的循环。多次循环后,在电极上留下更多的捕获位点以连接信号探针。AuNPs通过-NH2附着在Cu-BDC上后连接捕获DNA作为信号探针。通过DNA互补配对将信号探针连接到电极上来构建电化学生物传感器用于AFB1的检测。在最佳条件下,AFB1电化学生物传感器的检出限为6.7×10-7 ng/mL(S/N=3),线性范围为106-1 ng/mL。生物传感器也用于啤酒实样中AFB1的检测,计算得到回收率为96～103%。
【图文】：

电化学生物传感器,制作方案

第２章基于Ｃｕ－ＴＰＡ的电化学生物传感器的“信号关闭”对黄曲霉毒素Ｂ１的检测逡逑必要的。电化学生物传感器因其具有仪器操作简单，成本低，灵敏度高，反应时逡逑间快等诸多优点而得到广泛报道［８（），８１］。因此构建电化学生物传感器来检测ＡＦＢ１逡逑是有意义的且具有一定的研宄价值。逡逑本文首先合成Ｃｕ－ＴＰＡ材料并负载ＡｕＮＰｓ后，接着连接ＤＮＡ１邋（Ｓ１）形成逡逑Ｃｕ－ＴＰＡ／ＡｕＮＰｓ／Ｓｌ作为电化学传感器的信号探针，实验方案如图１邋（Ａ）所示。逡逑然后将ＤＮＡ２邋（Ｓ２）连接到金电极（ＧＥ）上形成Ｓ２／ＧＥ，接着将ＡＦＢ１的适配逡逑体（Ｓ３）连接到Ｓ２／ＧＥ上形成Ｓ３／Ｓ２／ＧＥ。再然后将信号探针连接到电极上以形逡逑成邋Ｃｕ－ＴＰＡ／ＡｕＮＰｓ／Ｓｌ／Ｓ３／Ｓ２／ＧＥ，实验过程如图邋１邋（Ｂ）所示。由于邋Ｃｕ－ＴＰＡ７ＡｕＮＰｓ逡逑复合材料中含有大量Ｃｕ邋（ＩＩ），可以获得相对稳定和强的Ｃｕ邋（ＩＩ）电化学信号。逡逑当加入一定量的ＡＦＢ１后，ＡＦＢ１可以与Ｓ３结合，而Ｓ１也Ｓ３结合，两者相互逡逑竞争，影响电极表面上信号探针的量，从而使得ＤＰＶ信号减弱。通过Ｃｕ－ＴＰＡ逡逑的ＤＰＶ信号的变化对ＡＦＢ１进行检测。该传感器还可以用于啤酒中ＡＦＢ１的检逡逑测，有良好的回收率。逡逑

扫描速率,扫描范围,氧化还原,电极表面

ｒａｎｇｅ邋ｏｆ邋—０？邋１邋？０．５邋Ｖ．逡逑为了进一步验证实验的可行性，我们通过扫描循环伏安曲线（ｃｖ）以及电逡逑化学阻抗（ＥＩＳ）来分析ＤＮＡ结合到电极表面的可行性。如图２．４邋（Ａ）所示，逡逑通过扫描［Ｆｅ（ＣＮ）６］３７［Ｆｅ（ＣＮ）６］４１邋乍为氧化还原探针的ＣＶ曲线来观察电极上每个逡逑步骤的特性。裸的金电极电极出现了一对良好的氧化还原峰（曲线ａ）。首先将逡逑Ｓ２和ＭＣＨ在电极上孵化一段时间，将Ｓ２固定在电极上（曲线ｂ），由于ＤＮＡ逡逑的磷酸骨架带负电使得与带负电的［Ｆｅ（ＣＮ）６ｆＡ存在静电排斥作用，使得氧化还逡逑原峰的电流减弱。接着将Ｓ３进一步滴加到电极表面孵化一段使得Ｓ３和Ｓ２互补逡逑配对（曲线ｃ），ＤＮＡ的磷酸骨架增多使得氧化还原峰降低。然后将Ｓ１滴加到逡逑电极表面孵化一段时间让Ｓ１与Ｓ３互补配对（曲线ｄ），由于ＤＮＡ磷酸骨架的进逡逑一步增多使得氧化还原峰再次降低。最后加入一定量的ＡＦＢ１后（曲线ｅ），邋ＡＦＢ１逡逑与Ｓ３的相互作用，使得大量的Ｓ１从电极表面分离，ＤＮＡ的磷酸骨架减少，，静逡逑电斥力减少使得氧化还原峰的电流增大。逡逑ＥＩＳ也是常用的研宄电极表面ＤＮＡ修饰过程的方法。通常来说，半圆直径逡逑对应于电子转移电阻（Ｕ
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212.3;TS207.4

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