药物残留的表面等离子体共振生物传感技术研究

论文摘要

随着我国城乡经济的发展与人民生活水平的提高，食品的数量与种类日益丰富，如何提高食品的质量与医药卫生安全问题日益突出。传统的分析检测方法（如色谱法、免疫法和微生物检测法等）都或多或少存在着一些缺点，如费用高、耗时长、灵敏度、精确度底等。针对以上问题，本文选择表面等离子体子共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）生物传感器展开研究。该传感器克服了以上方法的缺点，并且具备能实时监测反应动态过程、分析样品不需要纯化、生物样品无需标记、灵敏度较高、无背景干扰等特点。本文的主要研究工作如下：1．考查了普通型SPR生物传感器对甘氨酸、乙醇、葡萄小分子体系的基本响应特征。实验结果表明：SPR传感器具有良好的重现性，灵敏度和测定的准确性。2．研制了以巯基丙酸为基底，DNA修饰的SPR，对反应条件（离子强度、pH值、DNA的单双链）进行了优化，并建立了用于新霉素测定的分析体系，在最佳条件下对新霉素的检测范围为：5.00×10-9～5×10-5mol／L，最低检测限为1.00×10-10mol／L。同时，对DNA和新霉素结合的动力学特性进行了分析，获得了吸附速率常数ka为1.10×104L／mol·s解吸速率常数kd为1.05×10-3／s，进而计算其结合常数KD为1.05×107L／mol。同时，研制了电化学生物传感器，在对分析测试条件（pH值、扫速、干扰等）进行优化的基础上，考查了它对新霉素的测定效果，两种方法相比，SPR生物传感器的检测范围和检出限都要优于电化学生物传感器，但用两种方法获得的结合常数值基本吻合，从而相互印证了两种传感器测定的可靠性。3．采用自组装单分子膜技术和共价交联技术，在金膜表面结合亲和素，并利用亲和素与生物素之间极强的亲和力，将生物素化后的抗体也结合到金膜表面，利用抗体与抗原的特异性结合，实现了庆大霉素与传感器的结合，通过在传感器表面形成的多层膜结构，放大了被测对象的响应信号，使SPR生物传感器的灵敏度大为提高，从直接免疫反应检测出的1×10-13mol／L提高到5×10-11mol／L，检测范围亦从1×10-10～1×10-7mol／L扩大到5×10-13～1×10-8mol／L，这些成果均未见文献报道。同时，探讨了抗体-抗原间结合的动力学特性，得到放大系统的结合能力明显优于直接免疫检测方法。用这些传感器分析了动物性产品中抗生素（新霉素，庆大霉素）的残留问题及其动力学特性，并为该检测方法从实验室的研究阶段实现在食品加工及医用卫生安全领域的实际应用奠定基础。本论文的创新点如下：自行研制了DNA-SPR生物传感器和亲和素-生物素放大的SPR生物传感器，实时、动态地监测了DNA与新霉素之间和庆大霉素抗体与抗原之间的结合情况，建立了一种高灵敏度的检测生物样品的方法，并对其动力学特征进行了探讨，该成果未见文献报道。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 选题的目的和意义
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 本文的目的
• 1.1.3 本文的意义
• §1.2 生物传感器简介
• §1.3 表面等离子体共振生物传感器简介
• 1.3.1 SPR生物传感器的构造
• 1.3.2 表面等离子体共振传感器原理及特点
• 1.3.3 表面等离子体共振生物传感器的应用
• 1.3.4 表面等离子体共振生物传感器的新进展
• §1.4 电化学生物传感器技术简介
• 1.4.1 生物电化学传感器的分类
• 1.4.2 酶电极的制备
• §1.5 本论文开展的研究工作
• 1.5.1 本项研究的主要内容
• 1.5.2 本工作的创新点
• 第二章 普通型表面等离子体共振生物传感器的研究
• §2.1 实验部分
• 2.1.1 仪器与试剂
• 2.1.2 实验方法
• §2.2 结果与讨论
• 2.2.1 入射角的选择
• 2.2.2 甘氨酸溶液的测定
• 2.2.3 乙醇溶液的测定
• 2.2.4 葡萄糖溶液的测定
• §2.3 结论
• 第三章 化学修饰型SPR生物传感器的研究及其动力学参数的计算
• §3.1 实验部分
• 3.1.1 主要仪器与试剂
• 3.1.2 金膜的修饰及单链、双链DNA的固定
• 3.1.3 DNA/Au电极的制备
• §3.2 实验方法
• 3.2.1 表面等离子体共振生物传感器法检测新霉素
• 3.2.2 生物电化学传感器法检测新霉素
• §3.3 结果与讨论
• 3.3.1 表面等离子体生物传感器法
• 3.3.2 生物电化学传感器法
• 3.3.3 SPR生物传感器法与电化学生物传感器法比较
• 3.3.4 新霉素在DNA表面的作用机理探讨
• §3.4 结论
• 第四章 生物素-亲和素系统用于生物传感器对庆大霉素的检测
• §4.1 实验部分
• 4.1.1 实验仪器
• 4.1.2 实验试剂
• 4.1.3 利用亲和素-生物素系统相互作用固定庆大霉素抗体
• §4.2 实验方法
• 4.2.1 溶液配制
• 4.2.2 生物素化抗体制备
• 4.2.3 亲和素（NeutrAvidin）制备
• 4.2.4 金膜表面自组装单层膜（SAM）的形成
• 4.2.5 用SPR生物传感器检测
• §4.3 结果与讨论
• 4.3.1 亲和素与生物素化庆大霉素抗体的固定
• 4.3.2 不同自组装膜的表面特征
• 4.3.3 缓冲溶液pH值的影响
• 4.3.4 自组装膜表面非特异性吸附的检测
• 4.3.5 该传感器测量庆大霉素的线性范围
• 4.3.6 传感器表面的再生条件的选择
• 4.3.7 稳定性和重现性
• 4.3.8 动力学常数的测定
• 4.3.9 该传感器用于实际牛奶样品检测
• §4.4 结论
• 结束语
• 致谢
• 参考文献