基于分子印迹聚合物膜的电化学表面等离子体共振组胺检测技术研究

发布时间：2017-05-21 13:09

  本文关键词：基于分子印迹聚合物膜的电化学表面等离子体共振组胺检测技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于食品的腐败变质会产生大量的组胺,机体的过敏反应也会导致组胺的大量释放,危害身体健康;由组胺引起的频发腐败食品中毒事件,储藏技术落后导致的食品污染事件,以及国外对我国食品安全设置的技术性贸易壁垒,都导致我国经济损失严重,因此,建立一套高效、快速、灵敏的组胺检测方法显得尤其重要。SPR传感技术是基于金属表面自由电子的共振原理,具有实时、快速、无需标记、无背景干扰、特异性好和操作简单等优点,可以发展成为一种检验食品中组胺的高灵敏快速检测技术。为了进一步的降低成本、节约检测时间和提高灵敏度,本研究还开发了电化学传感技术对食品中的组胺进行了检测,完成了以下研究内容:(1)用于组胺检测的基于MIP膜的表面等离子体共振传感技术研究该研究就是将MIP材料制备技术与SPR传感技术相结合,建立MIP-SPR传感技术,该技术是以SPR传感器件作为换能器,以目标分子组胺作为模板,采用旋涂接枝引发剂的方法,在SPR芯片表面原位聚合合成可以特异性识别组胺的MIP膜,从而实现对腐败食品中的组胺的进行检测。在本实验中,制备的MIP膜含有大量功能结构与组胺分子互补的印迹孔穴,它们能够特异性的识别组胺分子,通过对检测条件的p H值进行优化后发现,当p H值位于7~9时,组胺主要是以单质子化形态存在,MIP膜也几乎完全去质子化,这时MIP膜对组胺的结合能力最强、吸附效果最好。经对实验条件的优化发现组胺(Histamine):单体(MAA):交联剂(EGDMA)合成MIP膜的最佳比例是1:2:4,在此比例下合成的MIP膜对组胺溶液的识别能力最强。通过用修饰好的SPR芯片对组胺进行检测,绘制了MIP膜对组胺的吸附响应曲线,SPR响应曲线随着组胺浓度的增加呈梯度变化,进而建立了标准曲线,公式为:Y=29.00 lg X-31.90,R2=0.9970,组胺检测范围为:25 ng/m L~1000 ng/m L,检测限值(LOD):25 ng/m L。分别用MIP膜、NIP膜对不同浓度的组胺及组胺结构类似物进行了检测,结果均显示:制备的MIP膜对组胺的选择性好,对检测组胺具有良好的特异性。经过对MIP-SPR传感器的稳定性、重复性和再生性分析,证明该传感器具有良好的性能。以鱼作为实际样品进行加标回收实验,回收率位于86.00%-109.00%之间,相对标准偏差(RSD)位于2.48%-4.66%之间。(2)用于组胺检测的基于MIP膜的电化学传感器研究在本实验中,采用共价接枝引发剂AIBA的方法,在金电极表面原位聚合制备组胺的MIP膜,洗脱除去模板分子后,制备得到大量功能结构与模板分子互补的印迹孔穴,然后加入组胺分子,与MIP膜上的印迹孔穴相结合,电化学传感器的表征信号发生改变,从而得到组胺浓度与响应信号变化的关系。筛选了最佳p H值,优化了合成MIP膜各组分的比例,通过制备高特异性、快速响应的分子印迹电化学传感器,建立了检测组胺的电化学方法,绘制了标准曲线,公式为:Y=3.440 lg X+1.283,R2=0.9980,最低检测限为:0.5 ng/m L,检测范围为:0.5 ng/m L~50 ng/m L,检测时间少于30 min。经过对该传感器的性能进行分析,结果证明该传感器具有良好的稳定性、重复性和再生性。制备的MIP膜对组胺的选择性好,对组胺的检测具有良好的特异性,对结构类似物无明显的交叉反应性。本研究以豆腐乳作为实际样品进行了加标回收实验,加标回收率位于92.36%-109.00%之间,相对标准偏差(RSD)位于0.47%-4.71%之间,回收效果较好。(3)用于组胺检测的基于Au NPs信号放大的分子印迹电化学传感器研究本实验则是将MIP材料制备技术、纳米材料放大技术与电化学传感技术相结合,建立MIP-Au NPs-GCE电化学传感器,该传感器是以组胺作为模板分子,在玻碳电极上电化学沉积Au NPs,Au NPs一方面起到信号放大作用,另一方面可以共价修饰引发剂AIBA,然后再制备MIP膜,通过对MIP-Au NPs-GCE进行电化学行为研究后,建立了基于Au NPs信号放大用于组胺检测的电化学方法。本研究首先对MIP-Au NPs-GCE电化学传感器的电极电化学行为进行了研究,分析了电极电化学行为的变化规律,还对Au NPs的信号放大作用进行了验证,证明了Au NPs确实具有信号放大作用。由于该电化学传感器是p H值依赖性的仿生传感器,p H值的变化对该传感器的性能影响较大,应用该电化学传感器检测组胺时必须对p H值条件进行优化,当p H值位于7~9时,MIP膜对组胺的吸附效果最好,电化学表征响应信号最强,p H值对该传感器的影响效果与前两种传感器相同。组胺(Histamine):单体(MAA):交联剂(EGDMA)合成MIP膜的最佳比例仍为1:2:4。最佳孵育时间为10 min。通过对检测条件的优化,制备了高特异性、快速响应的MIP-Au NPs-GCE电化学传感器,建立了检测组胺的标准曲线,标准曲线公式为:Y=2.953 lg X+1.968,R2=0.9988,最低检测限(LOD)为:0.22 ng/m L,检测范围为:0.25 ng/m L~100 ng/m L。加标回收率位于93.57%~103.93%之间,相对标准偏差(RSD)位于0.93%~3.08%之间,可见各检测水平之间的差异很小,具有统计学意义。将构建的SPR传感技术和电化学传感技术对腐败食品中的组胺进行检测后发现,这两种传感技术各有长短,可以相互弥补技术不足,例如应用SPR芯片制备MIP膜时,操作简便、时间短,无背景干扰,但是检测时间长,而应用电化学传感技术检测组胺时却正好相反,但背景干扰相对较大。构建的三种传感器都对组胺分子具有较强的特异性识别能力,都具有较好的重复性和长期稳定性,能够多次重复地对组胺进行检测,但电化学传感器的灵敏度更高、操作更简单、检测耗时更短,引入Au NPs进行信号放大后,检测效果更佳。开发多种检测组胺的方法不但能够进行方法储备,还能够满足不同层次的检测需要,这些简便有效的检测方法还可进一步拓展、开发并应用于其它化学物质的检测,具有很好的发展前景。
【关键词】：组胺 表面等离子体共振 电化学传感器 AuNPs信号放大 分子印迹聚合物
【学位授予单位】：中国人民解放军军事医学科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R155.5
【目录】：

• 缩略词表8-10
• 中文摘要10-13
• Abstract13-17
• 第一章 前言17-31
• 1 组胺的概述18-20
• 1.1 一般性概述18
• 1.2 组胺的危害及相关规定18-19
• 1.3 常用检测方法19-20
• 2 分子印迹技术（MIT）20-23
• 2.1 分子印迹技术的原理20
• 2.2 分子印迹材料的制备20-22
• 2.2.1 原位聚合法20-21
• 2.2.2 本体聚合法21
• 2.2.3 悬浮聚合法21-22
• 2.2.4 表面印迹法22
• 2.2.5 电聚合法22
• 2.3 分子印迹技术的应用22-23
• 3 表面等离子体共振（SPR）传感技术概述23-25
• 3.1 SPR传感技术23-24
• 3.2 SPR - MIP联用技术24-25
• 4 电化学传感器概述25-28
• 4.1 电化学传感器25-28
• 4.2 电化学传感器-分子印迹（MIP）联用技术28
• 5 研究目标、内容及意义28-31
• 5.1 研究目标及内容28-29
• 5.2 技术路线29-31
• 第二章 用于组胺检测的基于分子印迹聚合物膜的SPR传感技术研究31-47
• 1 材料与方法32-37
• 1.1 主要仪器32
• 1.2 主要试剂32-33
• 1.3 SPR芯片的处理33
• 1.4 MIP膜的制备33
• 1.5 MIP膜的表征33-34
• 1.6 SPR检测检测原理及参数设置34-35
• 1.7 吸附响应实验35
• 1.8 实验条件的优化35-36
• 1.8.1 p H值对传感器响应信号的影响35-36
• 1.8.2 制备MIP膜时各组成的比例对检测组胺的影响36
• 1.9 稳定性、重复性和再生性分析36
• 1.10 特异性分析36
• 1.11 实样的制备及加标回收实验36-37
• 1.12 数据的分析和处理37
• 2 结果与讨论37-45
• 2.1 聚合物膜的表征37-38
• 2.2 实验条件的优化38-40
• 2.2.1 p H值的优化38-39
• 2.2.2 MIP膜合成时各组成的比例的优化39-40
• 2.3 吸附响应实验及标准曲线的建立40-42
• 2.3.1 检测范围的确定40-41
• 2.3.2 吸附响应实验41
• 2.3.3 标准曲线的建立41-42
• 2.4 稳定性、重复性和再生性分析42-43
• 2.5 特异性分析43-44
• 2.5.1 MIP膜、NIP膜修饰的SPR传感器对组胺检测的选择性比较43-44
• 2.5.2 MIP膜、NIP膜修饰的SPR传感器对组胺及其结构类似物检测的比较44
• 2.6 实际样品应用44-45
• 3 小结45-47
• 第三章 用于组胺检测的基于MIP膜的电化学传感器研究47-60
• 1 材料与方法47-51
• 1.1 主要仪器47-48
• 1.2 主要试剂48-49
• 1.3 金电极的处理49-50
• 1.4 分子印迹膜的制备50
• 1.5 最佳p H值的筛选50
• 1.6 电阻抗法（ESI）表征50
• 1.7 精密度实验50-51
• 1.8 特异性分析51
• 1.9 实样的制备及加标回收实验51
• 1.10 数据的分析和处理51
• 2 结果与讨论51-58
• 2.1 金电极电化学行为的研究51-52
• 2.2 最佳p H值的选择52-53
• 2.3 吸附响应实验及标准曲线的建立53-55
• 2.3.1 检测范围的确定53-54
• 2.3.2 吸附响应实验54
• 2.3.3 标准曲线的建立54-55
• 2.4 精密度实验55-56
• 2.5 特异性分析56-57
• 2.6 实际样品应用57-58
• 3 小结58-60
• 第四章 用于组胺检测的基于Au NPs信号放大的分子印迹电化学传感器研究60-76
• 1 材料与方法60-65
• 1.1 主要仪器60-61
• 1.2 主要试剂61-62
• 1.3 玻碳电极的处理62
• 1.4 MIP-Au NPs-GCE的制备62-63
• 1.5 实验条件的优化63-64
• 1.5.1 最佳p H值的筛选63
• 1.5.2 孵育时间的优化63-64
• 1.6 电化学传感器的表征64
• 1.7 精密度实验64
• 1.8 特异性分析64
• 1.9 实样的制备及加标回收实验64-65
• 1.10数据的分析和处理65
• 2 结果与讨论65-74
• 2.1 MIP-Au NPs-GCE的表征65
• 2.2 Au NPs的信号放大作用65-66
• 2.3 电极电化学行为的研究66-67
• 2.4 实验条件的优化67-69
• 2.4.1 最佳p H值的选择67-68
• 2.4.2 孵育时间的优化68-69
• 2.5 吸附响应实验及标准曲线的建立69-71
• 2.5.1 检测范围的确定69
• 2.5.2 吸附响应实验69
• 2.5.3 标准曲线的建立69-71
• 2.6 精密度实验71-72
• 2.7 特异性分析72-73
• 2.8 实际样品应用及方法对比73-74
• 3 小结74-76
• 第五章 结论76-78
• 参考文献78-84
• 文献综述84-97
• 参考文献92-97
• 发表文章及参加课题情况97-99
• 个人简历99-100
• 致谢100

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李志军,吴永宁,薛长湖;生物胺与食品安全[J];食品与发酵工业;2004年10期

2 刘国华,文可,牛文成;表面激元共振(SPR)传感器理论分析[J];仪表技术与传感器;2003年11期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 滕瑛巧;新型电化学生物传感器的研制及其在生物样品检测中的应用研究[D];华东师范大学;2011年

2 朱丽丽;组胺测定方法的研究[D];江南大学;2009年

  本文关键词：基于分子印迹聚合物膜的电化学表面等离子体共振组胺检测技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：383732