基于纳米材料的生物传感技术在食品安全中的应用

论文摘要

纳米材料（nano material）由纳米粒子所组成，是指晶粒尺寸小于100nm的材料。由于粒径非常小，使得其具有独特的光学、电学、磁学、化学性能和催化性能。将纳米材料应用于生物传感技术可以大幅地提高生物传感器的相应性能。近年来由于一系列食品原料的化学污染、畜牧业中非法添加剂的使用、基因工程技术的应用，使食品污染导致的食源性疾病呈上升趋势，食品安全问题为全世界所关注。本文将纳米金、量子点两种纳米材料与合适的检测手段相连，以食品安全中常见的赭曲霉素A、克伦特罗（瘦肉精）、三聚氰胺为检测对象，构建了多种生物传感器。具体内容包括：（1）构建了一种基于聚硫堇/纳米金复合材料固定半抗原的电化学免疫传感器用于赭曲霉素A（OTA）的检测。首先利用硫堇在玻碳电极表面沉积形成一层聚合膜，纳米金通过静电吸附及配位作用连接到硫堇聚合膜的表面，从而使赭曲霉素A-卵清蛋白（OTA-OVA）偶联物在电极表面的负荷量显著提高。根据间接免疫竞争的原理，当样品中存在游离的OTA时，它与固定于电极表面的OTA-OVA偶联物分子竞争结合溶液中有限的小鼠抗OTA单克隆抗体，最终结合到电极表面的抗体与样品中的OTA含量成反比。碱性磷酸酯酶标记的马抗小鼠IgG二抗选择性地与电极表面的OTA单抗反应，并催化底物1-萘酚磷酸酯（1-NP）水解生成1-萘酚，1-萘酚具有电活性，在电极表面氧化产生电信号，检测下限达2.5ng/mL，从而实现了对OTA的定量分析。（2）开发了一种基于纳米金信号放大的电化学免疫传感器用于瘦肉精—克伦特罗（CL）的检测。首先在金电极表面自组装1,6-己二硫醇（HDT）单分子膜，然后通过纳米金与巯基间的Au-S作用组装一层金纳米颗粒构建传感界面，从而使克伦特罗–牛血清蛋白（CL-BSA）偶联物在电极表面的负荷量显著提高。将样品与一定量的小鼠抗克伦特罗单克隆抗体培育一段时间，再滴于电极表面。最终结合到电极表面的抗体与样品中的克伦特罗含量有关。最后利用碱性磷酸酯酶标记的马抗小鼠IgG二抗与一抗结合后，催化底物1-萘酚磷酸酯（1-NP）水解，从产生电信号并进行检测。该传感器具备操作简单、灵敏度高、特异性好等优点，检测下限达到20pg/mL。（3）利用胸腺嘧啶（碱基T）与三聚氰胺之间能形成特异性的三氢键结构，提出了一种基于荧光量子点淬灭的生物传感技术用于三聚氰胺的检测。将标记有氨基的碱基T与巯基乙酸修饰的CdSe/ZnS水溶性量子点偶联。当样品中存在三聚氰胺时，三聚氰胺能与碱基T形成特异性的三氢键结构，从而使量子点团聚而发生荧光淬灭。当三聚氰胺浓度在5μmol/L2mmol/L范围内时，随着三聚氰胺浓度增加，荧光强度逐渐变小，检测下限达3.9μmol/L。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 几种重要的纳米材料及其在生物传感分析中的应用
• 1.1.1 纳米金
• 1.1.2 量子点
• 1.2 电化学生物传感器
• 1.2.1 电化学生物传感器的原理
• 1.2.2 电化学生物传感器的分类和应用
• 1.3 荧光生物传感器
• 1.3.1 荧光 DNA 传感器
• 1.3.2 荧光免疫传感器
• 1.4 本研究论文的构想
• 第2章 基于聚硫堇/纳米金复合材料固定半抗原的电化学免疫传感器检测赭曲霉素 A
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 纳米金的制备
• 2.2.3 偶联物的制备
• 2.2.4 样品的制备
• 2.2.5 传感界面的构建
• 2.2.6 竞争免疫分析过程
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 竞争免疫分析的原理
• 2.3.2 玻碳电极表面沉积硫堇的电化学特性
• 2.3.3 免疫传感器的电化学特性
• 2.3.4 OTA-OVA 偶联物和 OTA 抗体用量的优化
• 2.3.5 电化学免疫传感器的分析性能
• 2.3.6 玉米样品中 OTA 回收率的测定
• 2.4 小结
• 第3章 基于纳米金信号放大的电化学免疫传感器检测克伦特罗
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂和仪器
• 3.2.2 纳米金的制备
• 3.2.3 传感界面的构建
• 3.2.4 竞争免疫分析过程
• 3.3 结果和讨论
• 3.3.1 竞争免疫分析的原理
• 3.3.2 传感器分析过程的阻抗法表征
• 3.3.3 CL-BSA 偶联物和 CL 抗体用量的优化
• 3.3.4 电化学免疫传感器的分析性能
• 3.3.5 猪肝脏中克伦特罗回收率的测定
• 3.4 小结
• 第4章 基于量子点荧光淬灭的荧光传感器检测三聚氰胺
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.2 碱基 T 与量子点偶联物的制备
• 4.2.3 三聚氰胺的检测
• 4.3 结果和讨论
• 4.3.1 传感器分析过程的原理
• 4.3.2 缓冲液 pH 值和反应时间的优化
• 4.3.3 传感器的分析性能
• 4.3.4 奶粉样品中三聚氰胺回收率的测定
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表及完成的论文目录
• 致谢