石墨烯—壳聚糖功能化金电极检测布鲁氏菌的研究

发布时间：2017-06-02 08:24

  本文关键词：石墨烯—壳聚糖功能化金电极检测布鲁氏菌的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着近些年来食品行业里三聚氰胺、瘦肉精、致病菌污染事件的频发,人们对健康和保健越来越重视。在致病菌污染事件问题上,有一种听上去就令人发指的毒性致病菌,它就是布鲁氏菌(Brucella)。它是一种原核杆菌,但有较强的毒性,这种病菌会导致人和牲畜共患布鲁氏菌病,轻者持续高烧不退、雌性流产,重者则会导致残疾、甚至永久丧失劳动力。然而这种病菌却分布相当广泛,全球各地都有遍及,一般主要分布在畜牧业领域内,但肉类、奶制品行业领域内有时也有分布。让我们意识到,原来生活中所必须的习以为常的食品里,竟然也充斥着健康的隐患。为了解决此类棘手的由布鲁氏杆菌引起的布鲁氏菌病问题,我们首先要从传染源上切断一切可能的传播途径,禁止已发现的带菌肉类、含菌奶类或奶制品流入市场。但是如何快速知道这些肉类、奶类、奶制品中致病菌的有无,以及如何定量了解这些食品里致病菌的多少。本研究以实现对布鲁氏菌做到高精度、高选择性、低成本、快速的无偏定量检测,下面来阐述下本文的研究结果：(1)为了改善电极表面的电化学特性,采用经物理预处理法、超声预处理法和化学预处理法对金电极进行了预处理,并对比了采用物理预处理法、超声预处理法和电化学方法预处理的金电极,通过循环伏安法(CV)考察了两种预处理方法前后的氧化峰电流值的变化。结果发现,第二种预处理方法对改善金电极的电化学性能具有更好的效果,有助于提高检测的精度和灵敏度。(2)为了实现免疫传感器的高选择性、快速性的要求以及进一步提高免疫传感器对布鲁氏菌抗原定量检测的精度和灵敏度,试验选取了导电性优良的氧化石墨烯与壳聚糖作为修饰电极的材料,运用分子自组装法制得了氧化石墨烯-壳聚糖(GO-CS)导电复合膜,进一步采用电沉积法将GO-CS导电复合膜修饰到活化后的金电极表面,利用蛋白质与壳聚糖具有较好的结合特性,再把布鲁氏菌抗体绑定到免疫电极上。运用GO-CS二者功能上的协同作用,制得了检测布鲁氏菌抗原的电化学免疫传感器。通过循环伏安法方法(CV)对免疫电极进行了表征,得到布菌抗原在4 x 103CFU-4 × 107CFU/mL浓度区间内时峰电流变化值与布鲁氏菌抗原浓度呈良好的线性关系,线性回归方程为y=2.04211gC+1.3916,进而进一步推导出C= 0.2082 ×10 0.4897ΔI(其中△I为电流的变化量,C为抗原的浓度),相关系数r=0.9898,在此范围内可以较好的区分出待测抗原溶液的浓度,检测限为8.623 ×102CFU/mL。(3)为了将检测布鲁氏菌抗原传感器的灵敏度和检测限再进一步提高,一方面基于氧化石墨烯和壳聚糖优异的协同作用,制得免疫电极后,另一方面又采用了电位阶跃技术的方波伏安法(SWV)和差分脉冲伏安法(DPV)对免疫电极进行测试,建立了峰电流的变化量与布鲁氏菌抗原对数浓度的关系,对于DPV检测分析法,当布菌抗原浓度在4× 103 CFU/mL-4 × 107 CFU/mL范围时,有较好的线性关系,线性回归方程为y=3.04511gC-1.3997,进而进一步推导出C= 2.8817×100.3284ΔI(其中△I为电流的变化量,C为抗原的浓度),相关系数r=0.9856,检测限为5.452×101CFU/mL,在此区段内,可以较好的区分出待测抗原溶液的浓度。而对于SWV检测分析,当布菌抗原浓度在4×102CFU/mL-4×107 CFU/mL范围时有显著的线性关系,线性回归方程为y=2.76561gC+0.0391,进而进一步推导出C= 0.9679 × 100.3616ΔI(其中△I为电流的变化量,C为抗原的浓度),相关系数r=0.9890,检测限为3.386×101 CFU/mL,在此段内也可以较好的区分出待测抗原溶液的浓度。经过二者的对比,SWV法相比DPV法有着更低的检测限。(4)基于金电极的基础上,运用分子自组装法制得GO-CS导电聚合物膜,并采用电沉积法修饰到金电极表面,然后再绑定上布鲁氏菌抗体,制得检测布菌的免疫传感器后,采用电化学交流阻抗谱法(EIS)检测浓度梯度逐渐升高的布鲁氏菌抗原,并提出对应的免疫传感器等效电路,再通过Zview软件对所测的数据进行整合处理并获得所有的基本参量,通过数据的比对分析,发现只有电荷转移阻抗Rct随着抗体抗原的结合反应变化显著,其他的三个参量可忽略不计。作出电荷转移阻抗变化量△Rct与布鲁氏菌抗原对数浓度的关系,结果表明布菌抗原在4×102CFU/mL-4×107CF /mL浓度区间内有显著的线性关系,回归方程为y=490.94491gC-562.9266,相关系数r=0.9943,进而进一步导出C= 14.0158×100.0021ΔRct(其中△Rct为转移阻抗的变化量,C为抗原的浓度),在此区间内,可以较好的区分出待测抗原溶液的浓度,检测限为2.528×101 CFU/mL。
【关键词】：免疫传感器 布鲁氏茵 石墨烯 壳聚糖 阻抗谱
【学位授予单位】：山西农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S852.614
【目录】：

• 摘要7-9
• 第一章 绪论9-26
• 1.0 引言9
• 1.1 布鲁氏菌和布鲁氏菌病概述9-10
• 1.1.1 布鲁氏菌病发展史9-10
• 1.1.2 布鲁氏菌及其抗原毒性10
• 1.2 墨烯的性质及其应用10-13
• 1.2.1 石墨烯的结构特点12
• 1.2.2 石墨烯的性质特点12-13
• 1.3 石墨烯纳米复合材料13-17
• 1.3.1 功能化石墨烯高性能材料的应用及研究进展13-16
• 1.3.2 功能化石墨烯高性能纳米复合材料的应用前景16-17
• 1.4 壳聚糖的性质及其应用17-18
• 1.4.1 壳聚糖简介17-18
• 1.4.2 壳聚糖的吸附与免疫作用18
• 1.5 传感器概述18-21
• 1.5.1 生物传感器的概述19-20
• 1.5.2 电化学免疫传感器20
• 1.5.3 免疫传感器的原理20-21
• 1.6 抗原抗体反应21-23
• 1.6.1 抗原抗体反应的结合力21
• 1.6.2 抗原抗体反应中两种力的作用21-22
• 1.6.3 抗原抗体反应的两种胶体22
• 1.6.4 抗原抗体反应的特点22-23
• 1.7 免疫传感器中修饰物的绑定方法23-24
• 1.8 国内外布病检测研究现状及立题背景24
• 1.9 本文研究的内容24-26
• 第二章 金电极预处理比较26-32
• 2.0 引言26
• 2.1 试验部分26-27
• 2.1.1 试验仪器与设备26
• 2.1.2 试验试剂26-27
• 2.1.3 溶液配制27
• 2.2 试验方法27
• 2.3 结果与讨论27-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 基于CV法布鲁氏菌抗原检测的免疫传感器研究32-42
• 3.0 引言32-33
• 3.1 试验部分33-35
• 3.1.1 试验仪器及设备33
• 3.1.2 试验试剂33
• 3.1.3 溶液的配制及抗原、抗体的准备33
• 3.1.4 氧化石墨烯的表征33-34
• 3.1.5 金电极的预处理34
• 3.1.6 氧化石墨烯-壳聚糖(GO-CS)复合导电膜的制备34
• 3.1.7 电化学免疫电极的制备34-35
• 3.2 试验方法35-37
• 3.2.1 循环伏安法的基本原理35-37
• 3.2.2 免疫电极的测试37
• 3.3 试验结果与讨论37-40
• 3.3.1 GO-CS导电膜对电极峰电流的影响37
• 3.3.2 电极与扫速的关系37-38
• 3.3.3 试验条件的选择38-39
• 3.3.4 免疫传感器对布鲁氏菌抗原浓度的响应39-40
• 3.4 重复性、稳定性试验40
• 3.5 本章小结40-42
• 第四章 基于电位阶跃技术的电化学免疫传感器的研究42-49
• 4.0 引言42
• 4.1 试验部分42
• 4.2 试验方法42-45
• 4.2.1 DPV的基本原理42-44
• 4.2.2 SWV的基本原理44-45
• 4.2.3 两种免疫电极的测试45
• 4.3 免疫传感器对布鲁氏菌抗原浓度的响应45-48
• 4.3.1 不同抗原浓度梯度修饰过程中的DPV分析45-46
• 4.3.2 不同抗原浓度梯度修饰过程中的SWV分析46-48
• 4.4 重复性、稳定性试验48
• 4.5 本章小结48-49
• 第五章 基于交流阻抗谱技术的电化学免疫传感器的研究49-56
• 5.0 引言49
• 5.1 EIS的基本原理49-50
• 5.2 试验部分50
• 5.3 试验方法50-51
• 5.3.1 免疫电极的检测50
• 5.3.2 转移阻抗的概念50-51
• 5.4 免疫电极的测试51-55
• 5.4.1 电极制备及其测试过程中的一系列响应表征52-53
• 5.4.2 免疫传感器的等效电路53-55
• 5.5 重复性、稳定性试验55
• 5.6 本章小结55-56
• 第6章 结论、讨论与展望56-59
• 6.0 主要研究结论56-57
• 6.1 创新点57
• 6.2 讨论与展望57-59
• 参考文献59-64
• Abstract64-67
• 附录67-69
• 致谢69-70

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