基于固态界面和水-液晶界面的液晶传感器的四环素检测

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自1928年青霉素被首次发现起,抗生素在医疗卫生领域一直占据着重要地位。四环素是抗生素的一种,其全球使用量在抗生素中居第二位。它能够抑制微生物生长和繁殖,治愈危及生命的感染病,极大地延长了人类寿命。此外,抗生素也为畜牧业提供了巨大的益处。然而,随着四环素的广泛使用,它的滥用及危害也逐渐受到广泛的关注。四环素不仅造成了食品残留,还污染了水质,引起人体过敏反应、细菌耐药性及肝损害,甚至基因突变等问题。现有的检测方法,如光谱法、色谱法、电化学法等,虽具有高灵敏和高选择性,但存在操作复杂和需要昂贵仪器等缺点。因此,构建一种操作简便、无需昂贵仪器且适用于现场检测的方法仍具有不小的挑战。  热致液晶作为一种新型的功能材料,因其具有晶体双折射性和介电各向异性等优点,而广泛用于液晶显示器中。近年,人们利用液晶具有灵敏的取向响应并结合其优越的光学各向异性,开发出了液晶型化学和生物传感器,并成功用于磷脂、表面活性剂、蛋白质、DNA、有机毒气等的检测中。液晶材料能灵敏地捕获表面或界面上微小的生物或化学变化,并转变为其取向的变化(信号换能);由于液晶分子间弱范德瓦尔斯作用力,所以这一取向变化能进一步自然放大至数十微米数量级范围(信号放大);利用偏光片即可获得肉眼可见的检测结果。由于该方法具有制备简单、自然放大、无需复杂仪器等优点,非常适合于开发为便携式生物和化学传感器。  本文基于生物分子间相互作用对液晶薄层取向的影响,分别构建了基于固态界面液晶传感器和基于水‐液晶界面传感器,并用于四环素的检测。具体内容如下:  (1)基于TEA/ssDNA修饰基底构建固态界面液晶传感器。实验首先将醛基硅烷化合物TEA自组装于富含羟基的玻片之上;进而将末端修饰有氨基的ssDNA捕获探针固定于基底表面。利用长链状结构的ssDNA作为液晶分子取向剂以诱导液晶分子垂直于基底排列,获得的背景为均一黑色偏光光学图像;加入目标检测物后,作为适配体的ssDNA与四环素发生特异性结合,引起玻片表面微小的地貌变化,从而扰乱液晶分子的垂直取向,出现彩色明亮的偏光响应。实验探索了适配体的最佳固定化浓度,孵育时间等条件。结果表明该传感器的检测下限为3 nM。  (2)基于阳离子表面活性剂OTAB诱导液晶分子的水‐液晶界面传感器。在修饰有DMOAP试剂的基底上覆盖中心有圆孔的硅橡胶板制成所需液晶盒。在圆孔内依次加入混合的OTAB/LC溶液、NaCl溶液、ssDNA和四环素等,构建反应池。OTAB作为长链状的阳离子表面活性剂,不仅可以诱导液晶分子的取向,还能与DNA通过静电作用结合。液晶分子与ssDNA之间、OTAB与目标物四环素之间的竞争作用,使得液晶偏光图像能够在黑和明亮之间转换。实验考察了OTAB浓度以及ssDNA浓度对液晶取向的影响,得到构建传感器的最佳 OTAB浓度为5μM、ssDNA浓度为200 nM。该传感器对四环素的检测限下限为9 nM。
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