有机磷类农药中毒的快速检测与诊断技术研究

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本文通过对一系列抗磷化丝氨酸(anti-phosphorserine, anti-Pser)和丁酰胆碱酯酶(anti-Butyrylcholinesterase, anti-BChE)抗体的筛选,获得了一对能够同时分别与OP-BChE结构中的磷化(OP结构)部分和蛋白(BChE结构)部分结合的抗体,并建立了一套能够快速检测动物血液中OP-BChE(一种有机磷神经毒剂中毒的检测靶标)的夹心ELISA体系。其中,anti-BChE作为捕捉抗体(capture antibody),能够公平识别磷化BChE (OP-BChE,以paraoxon-BChE为代表)和非磷化BChE,这样它能够将样品中的BChE/OP-BChE准确而快速地捕捉出来;另外,anti-Pser作为识别抗体(detection antibody)能够检测到OP-BChE中的OP结构。在组成的夹心ELISA体系中,对一系列因素包括anti-BChE、 anti-Pser的浓度和封闭液种类进行优化;优化后,我们得到一个线性范围在0.03-30nM,检测限处于0.03nM的检测OP-BChE的夹心ELISA系统。同时,我们将该体系成功应用于动物血样的体外检测实验:在大鼠血清中的添加回收率达到99%以上。故此,该方法的建立为能够实现快速,简便,经济的现场检测OP-BChE提供了一定的技术平台。在已建立的检测OP-BChE的sELISA体系的基础上,我们建立了一种新型的能够高精确度地检测磷化丁酰胆碱酯酶(OP-BChE)的免疫电化学传感器。在该方法中,纳米材料氧化锆(ZrO2)是一种对“磷氧分子”(OP-)结构有较高特异性识别的物质,我们将它应用于捕捉OP-BChE结构中OP-部分,以达到捕获样品中OP-BChE的目的;并且利用已连有量子点(Quantum dot, QD)标记物的anti-BChE (anti-BChE-QD)来特异性识别被捕获的OP-BChE中的胆碱酯酶(BChE)部分。其中,QD标记物由灵敏度较高的电化学方法测定。本节选定神经毒剂二异丙基氟磷酸(Diisopropylfluorophosphate, DFP)为代表,与不同样品中的BChE结合形成OP-BChE.所建立的传感器的线性范围为0.1--30nM,并且检测限达到0.03nM(以信噪比为3),同时该方法具有较好重复性(相对标准偏差为4.5%)。在此基础上,该传感器成功地运用于实际样品(人血清)中添加的OP-BChE的检出。本文同时成功研制了一种能够简便、快速、灵敏地检测由有机磷农药毒死蜱中毒后在动物体内产生的代谢产物----Trichloropyridinol (TCP)的免疫层析电化学生物传感器(Immunochromatographic Electrochemical Biosensor, IEB)。该方法利用IEB将免疫层析试纸条上的竞争性免疫反应和平面印刷碳电极(Screen-Printed Carbon Electrode)中的电化学反应相结合,将免疫层析试纸条上测试区域中捕获的酶标记物(HRP)转换为电化学信号,以达到快速、灵敏检测的目的。在实验过程中,为了获得更为灵敏的检测体系,我们有针对性的地将一系列实验条件包括免疫反应时间、封闭液种类、酶标HTCP的数量以及酶催化底物的浓度进行了优化。在优化条件下,该IEB体系的线性范围为0.1-100ng/ml,检测限为0.1ng/ml。同时,该IEB成功地应用于大鼠的活体实验:所建立的检测体系成功地检测出受Chlorpyrifos-oxon(CPF-oxon)污染的大鼠体内所产生的代谢产物TCP。该方法为能够实现现场快速诊断有机磷农药中毒提供了一条新的思路。本文还报道了一种基于磁珠(Magnetic Beads,MB)平台下的免疫电化学传感器,用以定量检测受有机磷神经毒剂污染的样品中BChE的受抑制程度。该实验将anti-BChE和BChE分别与MB结合,并分别利用Ellman assay知competitive immunoassay同时测出样品中仍保留活性的BChE的浓度和BChE(包括失活部分)的总量,并将两者相减而获得样品中BChE的抑制量,从而达到诊断在受到有机磷神经毒剂侵染后动物体中毒情况的目的。其中,在竞争性免疫检测中,样品中的待测BChE与固定在MB上已知浓度的BChE同时竞争量子点(Quantum Dot,QD)标记的anti-BChE(QD-anti-BChE)上的活性位点.之后通过测定QD的电化学信号以确定样品中目标BChE的浓度。该方法能够测定的BChE的浓度范围为0.1-20nM。与此同时,我们利用联有微流控注射器的碳纳米管电极(Screen Printed Carbon nanotube Electrode)来测定被MB-anti-BChE捕获的样品中的BChE的活性来确定样品中仍有活性的BChE的浓度。由此,样品中BChE的受抑制程度便可以通过以上两个测定结果的差异来确定。该种检测方法表现出的灵敏度达到0.5nM,低于体内BChE总量(约50-80nM)的2%。利用实验室已合成出的有机磷农药倍硫磷的5种半抗原(H1-H5),制备出能稳定分泌针对有机磷农药倍硫磷的高特异性的单克隆抗体的杂交瘤细胞株;并建立了一套特异性强、灵敏度高的倍硫磷残留免疫检测方法。其中,利用活泼酯法将能够最大程度地暴露芳香环结构的H3(6-{甲氧基[4-(甲硫基)苯氧基]硫代磷酰胺基}己酸)与Bovine Serum Albumin(BSA)偶联,作为免疫原;将H1(4-[2-(二甲氧基硫代磷酰氧基)-4-甲基-5(甲硫基)苯胺基]-4-羰基丁酸、H2(4-[4-(二甲氧基硫代磷酰氧基)-2-甲基苯基胺基]-4-羰基丁酸)、H3、H4(4-(二甲氧基硫代磷酰胺基)丁酸)以及H5(4-[3-甲级-4-(甲硫基)苯氧基]丁酸)与Ovalbumin(OVA)偶联,作为候选包被原。将获得的单克隆抗体分别与5种包被原组合,进行间接竞争ELISA分析,筛选到具备最高特异性与灵敏度的组合。分析结果显示,以H3-BSA为免疫原,以H5-OVA为包被原所组成的间接竞争ELISA体系能够获得较高的灵敏度和特异性。在对ELISA体系优化之后,抗体与农药对硫磷的交叉反应为0.5%,与其它受测类似结构农药的交叉反应更是小于0.2%;对倍硫磷的检测限达到了0.0028ng/ml(IC20)。并且将此体系运用于土、水、米以及大白菜的添加回收实验中,获得的平均回收率为80%--124%。该体系为倍硫磷农药在环境与农产品中的快速检测提供了一条经济与快速的方法。
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