电化学免疫传感器测定牛奶中残留青霉素的研究

论文摘要

青霉素是一种高效广谱抗生素类药物，广泛应用于预防及治疗奶牛疾病。但是，由于大量使用青霉素而造成在牛奶等动物源性食品中的残留已经严重影响到人们的身体健康和进出口贸易。因此，青霉素残留的检测已经日益引起科学家的广泛关注。生物电化学传感器是当前电化学和电分析化学十分活跃的研究领域，目前已经应用到生命科学、环境科学、分析科学、材料科学等许多方面。由于其所特有的检测快速、灵敏度高、专一性强，简单经济等优点，较之青霉素残留的传统检测方法，更有希望实现该类抗生素残留的现场检测。本文研究了用不同修饰方法将青霉素酶或青霉素多克隆抗体固定化，以玻碳电极为基底电极制备了酶传感器和免疫传感器，以电流为响应信号测定磷酸缓冲溶液和牛奶中的残留青霉素。具体研究工作如下：1、研究了电化学聚合亚甲蓝膜在不同酸度条件下氧化还原情况，得到酸催化反应活化能Ea与酸度的关系，Ea随pH值增大而增大，还原峰电流降低。同时由于聚合亚甲蓝膜对H+敏感，利用对青霉素酶催化青霉素水解产生青霉噻唑酸，用电化学聚合并静电吸附青霉素酶制成电流型聚合亚甲蓝青霉素酶传感器。采用两种方法间接测定了青霉素含量：电位在-0.4V时，还原反应的计时电流值与青霉素浓度成正比，定量限0.05μg／mL；当电位在-0.6～0.6V时，其循环伏安的还原峰电流值与青霉素浓度成正比，定量限0.1μg／mL；并应用到实际牛奶体系中，计时电流法与循环伏安法的定量限分别0.2和0.4μg／mL。与电位型传感器相比，电流型传感器比电位型传感器检出限降低，效果更好；与化学交联法电流型传感器相比，制备方法简单、重现性高，为牛奶中青霉素检测提供了一种新方法。2、采用纳米二氧化钛（TiO2）固定辣根过氧化酶（HRP），研究了HRP在纳米TiO2微粒、TiO2纳米管修饰的玻碳（GC）电极表面上的直接电子转移行为，结果表明HRP在TiO2纳米管／GC电极表面比在纳米TiO2微粒／GC电极更能进行有效和稳定的直接电子转移反应，且HRP能保持对H2O2还原的生物电催化活性。初步研究HRP标记抗体固定在TiO2纳米管／GC电极的直接电化学行为，为抗原抗体免疫反应信号的选择提供了参考依据。3、研究了TiO2纳米管固定HRP标记的青霉素多克隆抗体在玻碳电极上制备青霉素免疫传感器。所制得的免疫传感器在磷酸盐缓冲溶液中表现出直接电化学行为。然后置于含有青霉素抗原分子的磷酸盐缓冲溶液中进行培育，HRP标记抗体与青霉素免疫结合形成抗原抗体复合物，利用循环伏安法测定免疫结合后的HRP直接电化学还原峰电流的降低，从而测定出青霉素的浓度。在优化的实验条件下，样品中青霉素浓度在0.004～0.1μg／mL与0.2～1.0μg／mL范围内与电流降低成两段线性关系，定量限为0.004μg／mL。应用到牛奶实际体系中，青霉素在浓度为0.008～0.04μg／mL范围内，线性良好，定量限0.008μg／mL，比酶传感器的定量限下降了10倍。该免疫传感器表现出较好的稳定性，为牛奶中青霉素残留检测提供了一种新颖简便的方法。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.目前牛奶中残留青霉素检测的研究现状
• 1.1 牛奶中残留青霉素的现状
• 1.2 现有检测方法及存在的主要问题
• 1.2.1 微生物检测方法
• 1.2.2 化学检测方法
• 1.2.3 免疫检测法
• 2.生物电化学传感器
• 2.1 生物电化学传感器的发展
• 2.2 生物电化学传感器的分类
• 2.2.1 酶传感器
• 2.2.2 免疫传感器
• 2.2.3 电化学DNA传感器
• 2.3 生物电化学传感器的制备
• 2.3.1 物理吸附法
• 2.3.2 化学吸附自组装薄膜技术法
• 2.3.3 共价键合法
• 2.3.4 化学交联法
• 2.3.5 电化学聚合法
• 2.3.6 溶胶凝胶法
• 2.3.7 纳米材料法
• 2.4 生物电化学传感器在青霉素测定中的研究应用
• 2.4.1 青霉素酶传感器在青霉素测定中的研究应用
• 2.4.2 免疫传感器在青霉素测定中的研究应用
• 3 选题意义和课题总体思路
• 第二章 电化学研究体系和主要实验方法
• 1.电极过程的主要特征及主要研究方法
• 1.1 电极过程的主要特征
• 1.2 主要的研究方法
• 1.2.1 循环伏安法
• 1.2.1.1 原理
• 1.2.1.2 能斯特（可逆）体系
• 1.2.2 计时电流法
• 1.2.2.1 原理
• 1.2.2.2 能斯特体系
• 1.2.3交流阻抗法
• 1.2.3.1 交流阻抗原理
• 1.2.3.2 电化学交流阻抗谱
• 2、本论文所采用的电化学测试仪器与测试软件
• 2.1 电化学测试仪器与设备
• 2.2 电化学测试软件
• 参考文献
• 第三章 用聚合亚甲蓝修饰的酶电极进行青霉素残留的测定研究
• 1.实验部分
• 1.1 仪器及试剂
• 1.2 亚甲蓝的电化学聚合
• 1.3 聚合亚甲基蓝性质的研究
• 1.4 亚甲蓝青霉素酶的电化学聚合
• 1.5 青霉素浓度的测定
• 2.结果及讨论
• 2.1 亚甲蓝的电化学聚合
• 2.2 聚合亚甲蓝在不同pH值下的氧化还原行为
• 2.3 活化能Ea对pH值的影响
• 2.4 聚合亚甲蓝青霉素酶电极制备及表征
• 2.5 青霉素酶电极在磷酸缓冲溶液中的工作曲线
• 2.6 青霉素酶电极在牛奶中的工作曲线
• 3 结论
• 参考文献
• 第四章 应用免疫电化学传感器检测牛奶中残留青霉素
• 1.以纳米金—SPA定向固定抗体在免疫传感器中的初步研究
• 1.1 实验部分
• 1.1.1 仪器及试剂
• 1.1.2 纳米金胶制备
• 1.1.3 三种电极制备
• 1.1.4 电化学方法对三种电极稳定性的表征
• 1.2 结果与讨论
• 1.2.1 纳米金的透射电镜（TEM）表征
• 1.2.2 采用循化伏安法对三种修饰电极稳定性的研究
• 1.2.3 采用石英晶体微天平对化学镀修饰电极中SPA稳定性的研
• 1.2.4 SPA对抗体固定量的影响
• 1.3 结论
• 2青霉素免疫传感器的研究'>2.纳米TiO₂青霉素免疫传感器的研究
• 2对辣根过氧化酶和抗体中辣根过氧化酶催化作用的研究'>2.1 纳米TiO₂对辣根过氧化酶和抗体中辣根过氧化酶催化作用的研究
• 2.1.1 实验部分
• 2.1.1.1 仪器及试剂
• 2纳米管'>2.1.1.2 溶胶-凝胶法制备TiO₂纳米管
• 2/HRP电极制备'>2.1.1.3 纳米TiO₂/HRP电极制备
• 2.1.1.4 电化学方法修饰电极的研究
• 2.1.2 结果与讨论
• 2纳米管的TEM表征'>2.1.2.1 TiO₂纳米管的TEM表征
• 2上的直接电化学行为'>2.1.2.2 HRP在纳米TiO₂上的直接电化学行为
• 2纳米管/GC电极的免疫检测'>2.1.2.3 HRP标记抗体修饰TiO₂纳米管/GC电极的免疫检测
• 2.1.3 结论
• 2.2 二氧化钛纳米管/青霉素免疫传感器检测牛奶中残留青霉素
• 2.2.1 实验部分
• 2.2.1.1 仪器及试剂
• 2.2.1.2 青霉素多克隆抗体的纯化与HRP标记
• 2.2.1.3 青霉素免疫电极的制备
• 2.2.1.4 青霉素免疫电极对青霉素的检测
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.2.2.1 青霉素多克隆抗体提纯后浓度的测定
• 2.2.2.2 HRP标记青霉素多克隆抗体效价
• 2.2.2.3 青霉素免疫传感器的电化学行为
• 2.2.2.4 免疫分析条件的优化
• 2.2.2.5 青霉素免疫电极在磷酸缓冲液中的工作曲线
• 2.2.2.6 免疫传感器的稳定性
• 2.2.2.7 青霉素免疫电极在牛奶中的工作曲线
• 2.2.3 结论
• 参考文献
• 第五章 酶生物传感器与免疫生物传感器的比较
• 结论
• 附录
• 致谢