基于微纳技术的黄曲霉毒素电化学生物传感器研究

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黄曲霉毒素是自然界中广泛存在的一种霉菌毒素,具有严重的致癌性、致畸性和致突变性,对人类的健康造成严重危害。本论文面向储粮生物危害物的数字化监测,针对现有黄曲霉毒素检测方法存在的仪器体积庞大、成本高、耗时长等问题,研制了基于电化学原理的微型免疫传感器,实现黄曲霉毒素的快速检测,为检测仪器的便携化提供有效的技术途径。论文研究了免疫微传感器的关键技术,设计并加工制备了微电极芯片,在此基础上重点研究了微电极的生物敏感表面修饰方法和参数优化以及免疫微传感器的制备和检测等内容。  针对现有研究中使用常规尺寸电极不利于传感器微型化的问题,采用微机电系统(MEMS)技术制备了集成工作电极和对电极以及微型免疫反应池的微电极芯片,均匀分布的电势和电场强度使电极响应更易于达到稳态并较好地抑制电流噪声。立体结构的微型反应池能够使实验溶液集中于工作电极表面的区域,有效地参与到免疫反应中,大大减少了高价生物试剂的使用量并提高了免疫反应效率。  为避免繁琐的修饰步骤给传感器的稳定性和一致性带来不利影响,提出了一种在壳聚糖和氯金酸混合溶液中一步式电沉积制备壳聚糖-纳米金复合膜的简便、有效、可控的电极表面修饰方法。壳聚糖形成的疏松三维网络结构为纳米金的原位生长提供了更多的空间位点,并作为稳定剂有效抑制了纳米金的过度生长和团聚,使粒径均一的纳米金(约为10nm)均匀分散在壳聚糖膜中,显著改善了壳聚糖膜的导电性和修饰电极的电化学性能。黄曲霉毒素抗体通过其羧基与壳聚糖本身含有的丰富氨基共价键合实现固定,壳聚糖和纳米金良好的生物相容性,为抗体的固定提供了适宜的微环境。  面向黄曲霉毒素的快速检测需求,基于非竞争免疫分析研制了一种新型无标记免疫微传感器。利用抗原-抗体结合物阻碍电子传递从而减小电流响应的原理,通过对黄曲霉毒素B1(AFB1)标准品和实际玉米样品的检测,免疫微传感器的响应电流差值与AFB1浓度呈现分段线性的特性,差分脉冲伏安法获得更低的检测下限,并在低浓度段表现出更高的灵敏度。通过与相关领域研究成果的比较,该免疫微传感器制备方法和步骤简单、灵敏度高、检测下限较低、检测用时短、长期稳定性好。
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