论文部分内容阅读
随着人们生活水平的提高,对乳制品的需求量不断增加,而影响乳制品安全的主要因素之一是黄曲霉毒素M1(Aflatoxin M1,AFM1)。AFM1是动物摄入黄曲霉毒素B1(Aflatoxin B1,AFB1)污染的饲料后在体内经羟基化代谢所得的产物,其毒性和致癌性仅次于AFB1。另外,在乳制品的加工过程中AFM1的毒性难以消除。因此,对其准确识别和检测是控制乳制品中AFM1污染的首要和关键环节。电化学适配体传感器具有灵敏度高、响应速度快、仪器成本低、操作简单等优势,在环境监测、食品安全等领域广泛应用。然而由于适配体柔性结构的问题极易导致假阳性结果的出现,同时也会影响其检测灵敏度。因此,本文以AFM1为研究对象,将完整AFM1适配体链劈裂成两片段,共同识别AFM1,利用电化学方法、圆二色谱法研究了劈裂适配体的识别能力及构象。同时以金-氧化还原石墨烯复合材料修饰电极,建立高灵敏、高选择的双信号电化学传感检测方法,用于乳制品中AFM1的高效检测。本研究为适配体在食品安全污染物检测中的应用提供了新的思路。主要的研究内容及结果如下:(1)研究劈裂适配体对目标物的识别能力。完整AFM1适配体链ACTGCTAGAGATTTTCCACAT按照不同的比例进行劈裂,分别为mode 1(3:1):ACTGCTAGAGATTTTC,CACAT;mode 2(2:1):ACTGCTAGAGATTT,TCCACAT;mode 3(1:1):ACTGCTAGAGA,TTTTCCACAT;mode 4(1:2):ACTGCTA,GAGATTTTCCACAT;mode5(1:3):ACTGC,TAGAGATTTTCCACAT。研究劈裂适配体对AFM1的识别能力。结果表明,五种模式下建立的传感器的线性范围分别为0.06~0.4μg/L、0.06~0.4μg/L、0.06~0.5μg/L、0.1~0.4μg/L、0.1~0.4μg/L;检出限分别为0.02μg/L、0.02μg/L、0.03μg/L、0.03μg/L、0.03μg/L。计算得到五种模式劈裂适配体的Kd值分别为128.77±41n M、262.80±53 n M、87.12±29 n M、339.78±101 n M、454.19±112 n M。可以发现Mode 3(1:1)时劈裂适配体识别效果最佳。以AFM1的结构类似物AFM2、AFB1、AFG1、AFG2为考察对象,研究劈裂适配体的特异性。结果表明,劈裂适配体对AFM1具有较高特异性。另外,通过圆二色谱法研究劈裂适配体的构象。研究结果表明,AFM1适配体是一种B型结构,劈裂适配体后单独两个片段与AFM1作用后圆二色谱图没有改变,两个片段共同与AFM1作用后圆二色谱图的正峰强度明显增大,负峰移动并且强度增大,适配体构象发生改变。(2)为了提高电极性能,利用金-还原氧化石墨烯(Au-r GO)复合材料修饰电极表面,研究复合材料的可控制备。首先采用滴涂法将氧化还原石墨烯(r GO)修饰在玻碳电极表面,再通过电化学沉积法进行金沉积得到Au-r GO复合材料修饰的电极。通过电化学法及扫描电镜研究r GO滴加浓度、电沉积条件对复合材料的影响。研究结果表明,随着r GO滴加浓度的增加,电极导电性逐渐增加。当r GO浓度为3 mg/m L时,导电性最佳,r GO浓度继续增加而电极导电性不会继续变化。在此基础上进行金沉积制备Au-r GO复合材料,研究发现,在正电位下沉积时,金纳米颗粒(Au nanoparticle,Au NPs)在r GO表面呈团聚球状生长,随着沉积电位的增大,团聚球的粒径随之增加。沉积电位为+0.3 V时形成粒径约为1μm的均匀团聚球,此时电极活性面积最大。电压继续增大到+0.5 V时,球状结构被破坏,团聚粒径增大到4μm;当沉积电位为负时,Au NPs则呈小粒径颗粒附着在r GO表面,随着负沉积电位的升高,沉积在r GO表面的Au NPs也随之减少,当沉积电压达到-0.5V时,电极表面出现气泡,阻碍了Au NPs沉积。随着沉积时间的增加,沉积在r GO表面的Au NPs逐渐团聚成球且粒径逐渐增大。沉积时间为60 min时,可以形成均匀规则的球形结构,粒径在1μm左右,此时电极活性面积最大,导电性最好。沉积时间增加到90 min时,球状结构逐渐被破坏,有呈菜花状发展的趋势。氯金酸浓度从2 m M增加到10 m M时,在电极表面沉积的团聚Au NPs逐渐增多,但粒径逐渐减小,由3μm减小到1μm。氯金酸浓度为10 m M时得到的电极具有较大的活性面积。当浓度增加到15 m M时,Au NPs的聚集球状结构开始破坏。综上,当沉积电位为+0.3V、沉积时间为60 min、氯金酸浓度为10 m M时,能够制备出相对均匀的团聚球状Au NPs,并且具有较大的活性面积,可以有效提高电极性能。(3)研究基于劈裂适配体和Au-r GO复合材料的双信号电化学传感技术,并用于乳制品中AFM1的检测。基于上述研究,以Au-r GO复合材料修饰工作电极,以mode 3(1:1)劈裂适配体(S1和S2)作为识别元件,S1修饰巯基(SH-S1),利用金硫键将其修饰在工作电极表面,S2修饰亚甲基蓝(S2-MB)作为检测传感信号,S1的互补链CS1修饰二茂铁(CS1-Fc)作为另一传感信号。体系中没有AFM1时,S1与CS1形成双链结构,Fc信号有响应;在体系中加入AFM1后,双链打开,CS1释放,S1与S2形成一定构象共同识别AFM1,此时Fc信号减弱,MB信号增强。研究S1浓度、AFM1孵育时间及识别环境对传感器的影响。研究结果表明,以1.0μM S1修饰电极制备传感器,在p H为7.4,Na+浓度为200 n M的条件下与AFM1孵育时间1.0 h,响应信号(IMB/IFc)最优。此时传感器的线性范围为0.03μg/L~2.00μg/L,回归方程为y=3.17*C+0.06,决定系数R~2=0.98,检出限为0.015μg/L。同时研究了该传感器的特异性、稳定性及实际应用。研究结果表明,该双信号电化学传感器对AFM1结构类似的真菌毒素(AFM2、AFB1、AFG1、AFG2)具有一定的抗干扰能力,在4周的时间里,该传感器的信号值降低23%,具有良好的稳定性。实际牛奶样品中的线性范围为0.20μg/L~1.00μg/L,符合线性方程IMB/IFc=3.76*C+0.61,决定系数R~2=0.98,其检测限为0.05μg/L。以纯牛奶、脱脂牛奶为实际样品研究加标回收率。结果表明,样品中的平均加标回收率为86.23%~120.30%,标准偏差为5.43%~9.51%。