石英晶体微天平快速检测杀线虫剂的研究

论文摘要

植物线虫病已成为世界农业生产中的重要病害之一,每年造成严重的经济损失。至今,植物线虫病害的防治手段仍以化学农药防治为主,但其农药残留不仅影响人与牲畜的健康,也严重破坏生态环境。压电式生物传感器法检测农药残留是一种新型的检测手段,具有灵敏、特异、微型并且能够快速实时检测食品和农产品中农药残留的优势,因此成为残留检测研究的新热点和方向。但是,压电式生物传感器仍存在着固定化酶重复使用率低、酶固定量低、稳定性差、不易实现多组分检测和非特异性吸附信号干扰等缺点。该试验利用石英晶体微天平对质量的敏感度,研究了用于检测杀线虫剂的乙酰胆碱酯酶固定的新方法,提高了乙酰胆碱酯酶的固定量及稳定性。对于进一步研究与开发快速、敏感、特异性高并且能够检测农药残留的新型乙酰胆碱酯酶压电式生物传感器提供理论依据。试验以聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐（PDDA）和聚苯乙烯磺酸钠（PSS）为组装材料,在石英晶体微天平的电极上进行了层层自组装研究。试验在自组装薄膜的最外吸附装羧基化多壁纳米碳管（MWNTs-COOH）后进行羧基化多壁纳米碳管表面固定乙酰胆碱酯酶技术的探讨。对PDDA和PSS层层自组装的浓度、羧基化多壁纳米碳管的浓度、缓冲液的pH和乙酰胆碱酯酶浓度等条件进行了优化。经研究筛选出了聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐（PDDA）和聚苯乙烯磺酸钠（PSS）的最佳浓度为1 mg/mL;羧基化纳米碳管的浓度为0.3 mg/mL;乙酰胆碱酯酶的最佳固定条件为0.1mg/mL;缓冲溶液最佳pH为7.0。证实了乙酰胆碱酯酶电极的稳定性,明确了4°C条件下至少可以保存7d。证明了多壁纳米碳管的引入可大大提高乙酰胆碱酯酶固定量。采用石英晶体微天平（QCM）方法检测了杀线虫剂毒死蜱和辛硫磷标准品,并绘制了毒死蜱和辛硫磷的标准曲线,用于毒死蜱和辛硫磷实际样品的定量检测。应用层层自组装法固定酶的技术,建立的石英晶体微天平（QCM）法检测杀线虫剂,进行了应用检测。日光温室中,以盆栽方法种植萝卜（Raphanus）,出苗后喷施毒死蜱或辛硫磷农药,用药4d和8d后,与目前国际通用的气相色谱法（GC）检测毒死蜱和辛硫磷残留量进行了比较,QCM的检测限可达到0.1 ng/mL,与GC法的检测结果基本一致。表明试验中制备的压电式生物传感器能够有效地对有机磷农药残留进行检测。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 1 引言
• 1.1 植物线虫病的发生与防治
• 1.1.1 植物线虫病概述
• 1.1.2 植物线虫病的危害
• 1.1.3 植物线虫病的防治措施
• 1.2 农药概述
• 1.2.1 农药及其发展史
• 1.2.2 化学农药残留的危害
• 1.3 农药残留的检测技术
• 1.3.1 农药残留的传统检测技术
• 1.3.2 农药残留的新型检测技术
• 1.4 生物传感器概述
• 1.4.1 生物传感器的概念
• 1.4.2 生物传感器的分类
• 1.4.3 压电式生物传感器
• 1.4.4 压电效应
• 1.4.5 石英晶体微天平
• 1.4.6 生物传感器的发展前景
• 1.5 生物传感器-固定酶的方法
• 1.5.1 吸附法
• 1.5.2 物理包埋法
• 1.5.3 共价键合法
• 1.5.4 化学交联法
• 1.5.5 自组装法技术
• 1.6 纳米碳管发现与应用
• 1.6.1 纳米碳管的概述
• 1.6.2 纳米碳管的性能
• 1.6.3 纳米碳管在传感器中的研究进展
• 1.7 存在的问题
• 1.8 研究的意义及内容
• 1.8.1 研究的意义
• 1.8.2 主要研究内容
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 试剂
• 2.1.2 试验仪器
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 修饰电极识别杀线虫剂的过程
• 2.2.2 羧基化纳米碳管制备
• 2.2.3 电极表面组装PDDA 与PSS 的稳定性测定
• 2.2.4 电子显微镜表征纳米碳管的分布
• 3.5/MWNTs-COOH 薄膜'>2.2.5 电极表面组装（PDDA/PSS）_3.5/MWNTs-COOH 薄膜
• 2.2.6 纳米碳管浓度的选择
• 2.2.7 乙酰胆碱酯酶的固定
• 2.2.8 pH 对电极表面酶固定量的影响
• 2.2.9 组装电极的稳定性测试
• 2.2.10 实际检测样品的制备
• 2.2.11 标准曲线的绘制
• 2.2.12 QCM 与GC 法检测实际样品
• 2.2.13 数据处理和分析
• 3 结果与分析
• 3.1 电极表面PDDA 与PSS 组装后的稳定性
• 3.2 SEM 表征羧基化纳米碳管
• 3.3 TEM 表征羧基化纳米碳管
• 3.4 纳米碳管最佳浓度确定
• 3.5 乙酰胆碱酯酶最佳浓度优化
• 3.6 电极表面酶固定的最佳pH
• 3.7 不同电极表面对固定酶量的影响
• 3.8 酶电极的稳定性
• 3.9 QCM 检测标准样品建立标准曲线
• 3.9.1 QCM 检测毒死蜱标准曲线的建立
• 3.9.2 QCM 检测辛硫磷标准曲线的建立
• 3.10 GC 与QCM 法检测实际样品
• 3.10.1 毒死蜱
• 3.10.2 辛硫磷
• 4 讨论
• 4.1 修饰电极的优化组装
• 4.2 乙酰胆碱酯酶的固定
• 4.3 电极的稳定性
• 4.4 杀线虫剂的检测
• 5 结论
• 5.1 优化出乙酰胆碱酯酶的固定条件
• 5.2 确定了修饰电极的有效期
• 5.3 建立了毒死蜱和辛硫磷的标准曲线
• 5.4 QCM 对有机磷农药检测具有较高的灵敏性
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间所发表的学术论文