基于纳米复合材料构建电化学适配体传感器检测脱氧雪腐镰刀菌烯醇研究

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脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON),又称为呕吐毒素,主要由镰刀菌产生,广泛存在于玉米、小麦、大麦、黑麦等谷物中,是谷物中最常见的污染物之一。DON具有细胞毒性、免疫毒性、生殖毒性等,与其他毒素共存会产生协同效应。DON化学性质稳定,在谷物加工过程中很难去除,人类可以通过摄入受污染的食物直接接触DON,也可能通过呼吸道、皮肤和粘膜接触而暴露于DON。因此,建立DON的检测方法具有重要的现实意义。电化学分析技术具有操作简单、响应速度快等优点。本研究以核酸适配体为生物识别元件,结合复合纳米材料的信号放大策略构建电化学生物传感器用于检测DON。1.首先,以核酸适配体(Apt)代替传统的抗体作为生物识别元件,采用溶剂热法制备铁酸镍纳米管(Ni Fe2O4 NTs)作为基底材料,电沉积金后的修饰电极(Dp Au/Ni Fe2O4 NTs/Au E)作为传感平台,金铂核壳纳米棒(Au@Pt NRs)作为负载信号分子硫堇(Thi)和互补链(c DNA)的载体,引入竞争策略,构建了用于检测DON的“信号关闭”型适配体传感器。研究中,对Ni Fe2O4 NTs体积、电沉积金时间、Apt浓度、Thi与Au@Pt NRs-c DNA的比例、DON孵育时间分别进行了优化。结果表明,在最优实验条件下,设计的适配体传感器对DON的检测线性范围为1×10-8~5×10-4 mg·m L-1,检测限为3.02×10-9 mg·m L-1。对玉米粉中进行回收率测试,回收率为98.40%~103.5%,所构建的电化学核酸适配体传感器可以用于DON的检测。2.针对基底材料物理吸附易脱落的问题,引入核酸外切酶III(Exo III)辅助的三重循环信号扩增策略提高靶标的利用率。研究中,利用聚乙烯亚胺功能化还原氧化石墨烯复合铂钯纳米颗粒(Pt Pd NPs/PEI-r GO)通过共价键合固定在电极上,增加了电极的表面积,同时提高了电极的电导率。DON和Apt的特异性结合触发了Exo III的循环扩增,产生了触发器(Tr)(循环I),Tr和锁定探针(LP)的杂交激活DNA步行机(DNA walker)(循环II),DNA walker在Exo III的作用下导致电信号响应降低(循环III),该策略将一个结合事件转化为多个信号输出,大大提高了靶标利用率,实现了响应信号的有效扩增。在最优实验条件下,所构建的电化学适配体传感器线性响应范围为1×10-8 mg·m L-1~1×10-4 mg·m L-1,检出限为6.9×10-9 mg·m L-1,加标回收率为95.80%~101.5%,结果令人满意。3.基于Exo III的信号放大策略一定程度上实现了响应信号的有效放大,但信号减小型适配体传感器的检测灵敏度和检出限容易受到空白电流的限制,为进一步提高传感器的检测性能,简化操作步骤,构建了信号增大型无标记电化学适配体传感器,同时引入磁分离技术降低基质干扰。铈基金属有机骨架复合金纳米粒子(Ce MOF@Au)修饰电极有效提高了电极的电子转移速率,同时为适配体提供更多的活性位点。结果表明,在最优实验条件下,信号分子[Fe(CN)6]3-/4-的响应信号与DON浓度在1×10-8 mg·m L-1~5×10-4 mg·m L-1浓度范围内呈现良好的线性关系,检出限为1.79×10-9 mg·m L-1,加标回收率为94.38%~98.68%,为电化学适配体传感器检测DON提供了新思路。
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