用于孔雀石绿、阿特拉津残留检测的信号放大SPR传感技术研究

发布时间：2020-09-22 09:08

　　农兽药的不合理使用，导致其在土壤、水与农产品中的残留，造成环境污染并通过食物链的富集作用最终进入食品，从而引发食品安全等一系列问题，不仅严重影响人们的身体健康，而且致使我国食品和农产品出口遭遇国际贸易“绿色壁垒”，阻碍食品和农产品产业的健康发展。目前常用的检测方法包括气相色谱法、液相色谱法以及气-质、液-质联用方法等，这些方法大多需要复杂冗长的前处理过程，不能实现样品的快速检测。随着传感器技术的发展，表面等离子体共振(surface plasmonresonance, SPR)传感技术，具有实时、快速、无须标记和样品无损等优点而受到了人们的青睐，并被广泛应用于环境科学及食品和药物检测等领域。但由于某些样品基质复杂、待测物含量低，用SPR传感器直接进行检测时，信号响应较弱，灵敏度较低。因此，本研究基于SPR传感平台，结合分子印迹技术、免疫技术，并分别引入纳米金、纳米金标记的二抗、磁纳米颗粒作为信号放大材料，构建信号放大SPR传感系统，用于农兽药残留的检测。主要研究内容分为以下几个方面： 1、基于纳米金信号放大的SPR分子印迹聚合膜的制备、表征及应用分子印迹聚合物(MIP)具有特异识别目标物的优势，且化学性质稳定，抗恶劣环境能力强，以其作为SPR传感器的识别元件，可以集分离、富集及检测为一体，再引入纳米金作为信号放大材料，初步构建纳米金信号放大的MIP-SPR传感系统：将十一巯基烷酸(MUA)修饰的纳米金加入预聚合液中，采用旋涂引发剂法，在SPR芯片表面原位聚合孔雀石绿(MG)的MIP膜及非印迹聚合物(NIP)膜。AFM表征结果表明，含有纳米金的MIP膜厚度为56nm，可以用作SPR敏感识别元件。研究了不同膜对不同浓度MG的吸附响应，结果显示，含有纳米金的MIP膜的SPR响应信号最大增加了一倍，成功实现信号放大。用纳米金信号放大的MIP-SPR传感系统检测MG，线性回归方程为Y=0.03X+6.15，r=0.9927。水样加标回收率为84%-110%。 2、基于纳米金标记的二抗信号放大的SPR免疫传感技术研究生物抗体具备高特异性和高亲和力的特点，可以提高检测灵敏度和特异性，我们将免疫分析技术与SPR联用，并通过引入纳米金标记的二抗进行信号放大，从而进一步提高检测灵敏度。以阿特拉津(AT)为靶标，经过优化AT-OVA的固定化浓度、AT-mAb的使用浓度、再生液、再生时间、二抗的加入方式、种类及用量等条件，初步建立了用于检测AT的纳米金标记二抗信号放大的SPR免疫传感方法，该方法最低检出限为0.72ng/mL，检测范围2.18-629.06ng/mL，与未经信号放大的SPR免疫检测方法(最低检出限为2.34ng/mL，检测范围6.4-188.0ng/mL)相比，检出限更低，检测范围更宽，有效地改善了检测灵敏度。方法特异性实验表明，除扑草净外，结构功能类似物三聚氰胺，毒死蜱和2,4-D的抑制率均低于0.05，显示出良好的特异性。用该方法检测AT模拟水样，加标回收率为83~95%，相对标准偏差(RSD)低于5%。利用HPLC法进行方法比对，结果显示，纳米金标记的二抗信号放大的SPR免疫传感方法具有更高的灵敏度，更低的检出限。而且，该方法不会受样品体系本身性质如颜色和离子强度的影响，不需要进行样品前处理，适用于痕量AT的直接检测。此外，所有的试剂可以一步加入到检测体系中，免去了费时的孵育过程。 3、基于磁颗粒信号放大的SPR免疫传感技术研究为了解决复杂样品基质前处理过程繁琐的问题，将磁纳米材料引入SPR检测体系，既可以作为前处理材料进行样品的分离、富集，又可以放大SPR传感信号，提高检测灵敏度。采用EDC/NHS活化法，把AT-mAb偶联到羧基修饰的磁纳米颗粒(MNP)表面，并优化AT-mAb及MNP的用量。将制备好的AT-mAb-MNP用于SPR传感体系，经优化结合时间、AT-mAb-MNP的使用浓度后，初步建立了用于检测AT的SPR间接竞争免疫传感方法，绘制了工作曲线，线性回归方程为Y=-0.0743+0.2397X，r=0.9924，IC50为74.77ng/mL，检测范围0.89-6309.57ng/mL，扩大了检测范围，信号放大效果明显。本研究基于分子印迹技术和免疫分析技术，分别考察纳米金、纳米金标记的二抗、磁纳米颗粒等材料对SPR传感信号的放大作用，初步建立了纳米金-MIP-SPR传感平台、纳米金标记的二抗-SPR及抗体-MNP-SPR免疫传感平台，并用于小分子农兽药残留的检测，结果表明，信号放大材料的引入可有效改善检测灵敏度，扩大检测范围，上述平台经进一步优化和改良，有望为其他相关研究领域，如环境监测、生物工程、临床医学、药物分析等提供高灵敏度、低检测限的分析手段，具有很好的实用价值和应用前景。
【学位单位】：中国人民解放军军事医学科学院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2013
【中图分类】：R155.5
【部分图文】：

技术路线图,课题,信号放大,兽药残留

作为信号放大材料，提高检测灵敏度；实现对样品中农兽药残留的分离、富集和痕量检测。信号放大的 SPR 免疫传感系统的构建，具有前处理过程简便、高效，检测灵敏度高的优势，是此类传感技术应用研究的重要探索，对促进农兽药残留检测技术向着快速、灵敏、特异、简便的方向发展具有重要意义，在环境监测、食品安全、卫生检测、药物分析、临床检验等领域具有广泛的应用前景。（二）研究内容及技术路线本课题的研究内容主要包括以下几个方面：1. 基于纳米金信号放大的分子印迹聚合膜的制备及表征2. 基于纳米金标记的二抗信号放大的 SPR 免疫传感检测方法的研究3. 基于磁颗粒信号放大的 SPR 免疫传感检测方法的研究技术路线如下：

示意图,纳米金,芯片,包埋

（3）将旋涂了引发剂的 SPR 芯片浸入预聚合液中，继续通氮气 5 min，密封称量瓶，置于真空烘箱中，60oC 聚合 16 h。聚合完毕后将 SPR 芯片浸入甲醇:冰乙酸=9:1(v/v)的混合溶液，洗脱模板分子，每次 30 min，洗脱 10 次。不加 MG，按同样方法制备含有纳米金的 NIP 膜。

纳米金,旋涂,膜厚度

图 2-2 纳米金的紫外吸收光谱图2. 聚合膜的表征本课题组在前期工作中，通过旋涂引发剂，在 SPR 芯片表面成功制备了 M薄膜。与接枝引发剂[85,86]的方法相比，旋涂引发剂法制备的膜，厚度均匀，吸大，且实验步骤减少，时间大大缩短（至少省去 4h）。因此，在本研究中，继用该方法，并将纳米金加入预聚合液中，制备含有纳米金的聚合物膜。用 A SEM 分别表征所得的 MIP 膜、NIP 膜及旋涂引发层。从 AFM 结果可知(图 2含纳米金的 MIP 膜厚度约为 47 nm，含有纳米金的 MIP 膜厚度约为 56nm。根R 手册[87]内容显示，由自由电子振动(消逝波)产生的电场的振幅，在金属与绝质的界面最强，然后随着与金属表面距离的增加呈指数级衰减，在接近 300nm乎衰减为 0。这表明，在越接近金属与绝缘介质界面处，共振效应的灵敏度越此，本研究所制备的 MIP 膜厚度适宜，可以用作 SPR 传感识别元件。

【参考文献】