基于纳米复合材料对黄曲霉毒素B1的表面增强拉曼检测方法

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黄曲霉毒素B1(AFB1)相对于玉米赤酶烯酮(ZEN)等真菌毒素,是毒性最强的天然有害次级代谢产物,被列为第一类致癌物。通过直接或间接方式严重威胁人类的身体健康。间接方式指湿热条件诱发花生等农产品被污染,在热处理和巴氏杀菌等常规食品加工中难以被破坏,而现有技术快速监控微量毒素仍具有挑战性。经人体长期食用,严重时导致肝细胞癌。所以,构建新型检测方法具有重要应用价值。作为提供分子结构信息的光谱技术,表面增强拉曼光谱(SERS)指激发光照射金属纳米材料产生增强的表面电磁场,分子的弱拉曼信号被放大多个数量级。基于高灵敏和抗荧光背景干扰等优势,SERS在食品安全的痕量检测中成为研究热点。但稳定性差的SERS信号易降低灵敏度。因此,本论文以改善检测定量信号为主,结合纳米材料和酶促反应的信号放大优势,采用适配体对靶标的高选择性,构建简单高效的SERS传感器,实现了花生中低浓度AFB1的快速监控。具体如下:1.基于磁性纳米花作为SERS基底的分离纯化优势,构建一种单信号稳定探针检测AFB1的标记型SERS传感器。拉曼信号分子4-巯基苯甲酸(4-MBA)内嵌于核壳金银纳米星(Au-4MBA@Ag NSs),修饰AFB1适配体作为高灵敏信号探针,金银合金和各向异性纳米粒子的尖端效应引起SERS信号显著增强。同时,四氧化三铁@二硫化钼纳米花(Fe3O4@Mo S2 NFs)作为磁性基底。二者通过Mo S2纳米片与核酸链的非共价作用实现组装,利用短时间磁分离富集4-MBA拉曼信号。在检测体系中,AFB1与适配体特异性结合诱导部分探针脱离基底,造成拉曼信号(I4-MBA)线性减弱。结果表明,该传感方法在0.1 ng/m L至1000 ng/m L的AFB1浓度范围内呈负线性相关(拟合优度R~2=0.986),检测限为58.9 pg/m L,加标花生回收率为97.9%至98.7%。2.基于固有拉曼信号的氧化石墨烯(GO)作为4-MBA信号的校正内标(IS)和放大器,构建一种超灵敏检测AFB1的新型比率SERS传感器,以改善前章因单信号不可控波动引起灵敏度下降的问题。4-MBA嵌入核壳金银纳米球(Au-4MBA@Ag NPs),AFB1适配体偶联于银外壳作为SERS信号探针。氧化石墨烯薄膜作为保护层修饰在金纳米粒子/氧化铟锡玻璃上(GO/Au NPs/ITO),制备稳定内标基底,其良好便携性有利于现场检测。AFB1适配体通过π-π堆积作用吸附于GO,组装体的协同作用促进4-MBA信号放大。随AFB1浓度增加,适配体对靶标的高亲和力使探针被逐渐释放,导致4-MBA信号强度(I4-MBA)下降,而GO信号强度(IGO)较稳定。结果表明,该传感方法基于比率值(I4-MBA/IGO)在0.0001 ng/m L至100 ng/m L的AFB1浓度范围内呈良好负线性相关,信号归一化改善R~2至0.992,检测限低至0.1 pg/m L,加标花生回收率为91.6%至103.9%。3.基于氧化亚铜纳米材料的类过氧化氢酶催化反应,构建一种可靠检测AFB1的输出信号型SERS传感器。优势在于前两章基于SERS探针的间接检测法改变为酶促反应直接产生拉曼信号产物并进一步放大信号的方法。核酸序列部分互补引发材料自组装形成新型且可控的纳米复合物。本工作中,AFB1适配体及互补链分别修饰起SERS增强效应的中空金银合金纳米球(Au-Ag NPs)和起催化作用的氧化亚铜@金纳米立方体(Cu2O@Au NCs),经自组装形成“卫星”结构的纳米复合物。适配体更优先结合AFB1,进而调控纳米复合物自组装。在3,3’,5,5’-四甲基联苯胺/过氧化氢(TMB/H2O2)反应体系中,纳米复合物作为纳米酶催化生成其氧化产物ox TMB(固有的拉曼信号),扩散于组装体周围,显著增强信号强度。结果表明,该传感方法基于输出信号值(Iox TMB)在0.001 ng/m L至100 ng/m L的AFB1浓度范围内呈良好负相关(R~2=0.991),检测限低至0.7 pg/m L,加标花生回收率为94.7%至101.4%。
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