论文部分内容阅读
食品中的真菌毒素残留严重危害着人类和动物的生命健康,实现食品中真菌毒素的快速、灵敏、高效检测,对于保障食品安全至关重要。在已开发的检测方法中,除了传统的薄层色谱分析法(TLC)、酶联免疫法(ELISA)、液相色谱法(HPLC)外,基于适配体技术和新型纳米复合材料的适配体传感器对食品中真菌毒素的检测也具有巨大的应用潜力,涌现了多种传感检测方法,例如荧光适配体传感法和电化学适配体传感法。其中,电化学适配体传感器因其简单快速,高灵敏度,低成本和易于微型化等优势而受到广泛关注。但目前所报道的电化学适配体传感器用于真菌毒素检测仍存在一些问题,如,所使用的传感电极一般不可重复使用,适配体修饰到传感电极表面的过程复杂,修饰后的电极稳定性较差,多数传感体系只能检测一种真菌毒素等。本研究采用成本低廉的铅笔石墨电极(PGE)作为传感电极基底,尝试改进适配体与纳米复合材料在传感电极表面的修饰方式,拓展电化学适配体传感体系的构建策略,制备了成本低廉、灵敏快速且稳定的电化学适配体传感器实现对多种真菌毒素同时检测,为电化学适配体传感器在真菌毒素检测领域的应用提供新的思路和方法。主要研究工作如下:(1)构建了基于PDA/Ti3C2Tx/MWCNTs/NiCo2O4复合材料的电化学适配体传感器,实现其对黄曲霉毒素B1(AFB1)的快速灵敏检测通过刻蚀法合成了二维层状材料碳化钛(Ti3C2Tx),利用溶剂热法在多壁碳纳米管(MWCNTs)表面原位合成钴酸镍纳米颗粒(NiCo2O4)的复合材料(MWCNTs/NiCo2O4),二者经过超声混合制备得到具有点线面特征的三维Ti3C2Tx/MWCNTs/NiCo2O4复合材料。利用计时-电流法(i-t)对PGE进行表面石墨烯化处理,得到表面石墨烯化的铅笔石墨电极(SGPGE)作为基底电极。将Ti3C2Tx/MWCNTs/NiCo2O4复合材料修饰的SGPGE作为基底,4-羧基-2,2,6,6-四甲基哌啶1-氧自由基(TEMPO-COOH)作为信号探针,实现对AFB1的检测。实验采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)对SGPGE和Ti3C2Tx/MWCNTs/NiCo2O4复合材料的形貌、元素组成以及晶格特性进行了表征,并通过循环伏安法(CV)和差分脉冲伏安法(DPV)对传感电极的修饰过程和电化学检测性能进行了表征和测试。在最佳检测条件下,TEMPO-COOH的DPV信号随着AFB1浓度的增加而降低,线性检测范围为2.5~200 ng/m L,理论检测限为1.890 ng/m L(S/N=3),灵敏度为218.4μA m L ng-1 cm-2。此外,该传感器还具有良好的重现性、稳定性和选择性,并成功应用于玉米粉和玉米渣样品中AFB1的测定,回收率为92.2~109.8%,其结果与HPLC加标回收结果差异较小。(2)构建了基于Ti3C2Tx/NiCo2O4复合材料的均相电化学适配体传感器,实现其对赭曲霉毒素A(OTA)的快速灵敏检测采用刻蚀法合成二维层状材料Ti3C2Tx,通过溶剂热法和煅烧法在Ti3C2Tx表面原位合成NiCo2O4,成功制备了具有类氧化酶活性的Ti3C2Tx/NiCo2O4复合材料。将亚甲基蓝(MB)作为Ti3C2Tx/NiCo2O4的氧化底物及电信号分子,构建了均相电化学适配体传感器用于赭曲霉毒素A(OTA)的检测。实验采用SEM、XPS和XRD对Ti3C2Tx/NiCo2O4复合材料的形貌、元素组成以及晶格特性进行了表征,并通过ZETA电位分析仪对传感识别过程进行了表征,最后利用方波伏安法(SWV)对传感体系的电化学检测性能进行了测试。在最佳检测条件下,信号分子的SWV信号响应随着OTA浓度的增加而增大,线性检测范围为0.5~40 pg/m L,理论检测限为0.406 pg/m L(S/N=3),检测时间为30 min。此外,该传感器还表现出良好的选择性、稳定性与重复性,并成功应用于实际样品中OTA的测定,回收率为97.7~105.4%,其结果与HPLC加标回收结果差异较小,而且只需30 min即可完成检测,在现场实时快速检测中具有较大应用潜力。与第一章构建的传统非均相电化学适配体传感器相比,本章构建了新型均相电化学适配体传感器,简化了核酸适配体在电极表面的繁琐固定过程,提高了核酸适配体的识别效率和速率,降低了传感器构建成本,缩短了检测时间,延长了电化学适配体探针的储存时间。(3)构建了基于功能化金属有机框架(IRMOF-3)的均相电化学适配体传感器,实现其对AFB1和OTA的同时快速灵敏检测利用溶剂热法以锌为金属离子,2-氨基对苯二甲酸(NH2-BDC)为配体合成了IRMOF-3,以甲苯胺蓝(TB)和3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)为电化学信号分子,以ds DNA充当IRMOF-3的门控分子,通过靶标与适配体识别前后TB和TMB的电化学响应信号变化,实现对AFB1和OTA的同时检测。实验采用SEM、元素能谱图(EDS)和XRD对Apt/c DNA/IRMOF-3的形貌、元素组成以及晶格特性进行了表征,并通过ZETA电位分析仪对传感识别过程进行了表征,最后利用SWV对传感体系的电化学性能进行了测试。在最佳检测条件下,该传感器对AFB1和OTA检测的理论检测限分别为0.150 pg/m L和0.20 pg/m L,线性检测范围均为0.22~11 pg/m L,检测时间为8 min。此外,传感器选择性、稳定性和重复性良好,并成功应用于玉米粉和玉米渣样品中OTA和AFB1的同时检测,回收率在95.31~109.20%之间,其结果与HPLC加标回收结果差异较小,而且只需8 min即可完成检测,在现场实时快速检测中具有较大应用潜力。与第二章构建的OTA均相电化学适配体传感器相比,本章结合功能化的MOFs材料及适配体技术包封了不同的电化学信标,构建了一个可以实现多种真菌毒素同时快速灵敏检测的无酶参与通用性传感平台,进一步拓展了此类电化学适配体传感器在真菌毒素快速灵敏检测中的应用。