基于DNA—染料/CTS膜的联苯类有机污染物电化学传感的研究

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对于在环境中不易降解、残留时间长、对人体有害且本身不具有电化学活性很难实现直接电化学检测的痕量联苯类有机污染物,本文利用DNA与小分子之间的特异性相互作用,以双链DNA为识别元件,构筑基于DNA-染料/壳聚糖(CTS)生物聚合离子膜修饰电极,组装间接型DNA电化学传感器,用于痕量联苯类有机污染物的电化学检测,并进一步通过固定不同纳米材料和酶催化放大等方式探索信号放大机制,成功实现电化学传感器的信号放大。首先,利用DNA/CTS生物聚合离子膜,构筑DNA-染料/CTS聚合膜修饰电极。利用扫描电子显微镜、循环伏安法和电化学阻抗法对三种染料分子[甲苯胺蓝(TB)、亚甲基蓝(MB)、普鲁士蓝(PB)]修饰电极进行考察。结果表明,三种聚合膜均成功固定在电极表面,且具有良好的稳定性。以DNA-TB/CTS修饰电极为例,考察了扫描速率、浸泡时间、缓冲溶液p H值和DNA种类对修饰电极电化学活性的影响。在此基础上,利用循环伏安法和差分脉冲伏安法考察了三种聚合膜对0~2.5μM一氯联苯的电化学响应,结果发现一氯联苯的存在会抑制修饰电极的氧化还原电流。其次,在此基础上构建检测联苯类有机污染物的电化学传感器。以DNA-TB/CTS修饰电极为模板,利用电化学方法,考察了各种因素如氧气、反应时间、DNA种类以及膜组分浓度对一氯联苯在该修饰电极上电化学响应的影响。结果表明,在氧气存在下,反应时间为40 s,小牛胸腺DNA及各组分浓度为:0.4 m M TB,0.5 mg/m L CTS,1 mg/m L DNA时,修饰电极对一氯联苯的电流响应线性范围为0.5~5μM,敏感度为0.5182μA/μM,检测限达0.05μM(S/N=3)。修饰电极对联苯类物质响应具有较好的抗干扰性、稳定性和重现性,对实际样品中联苯类物质检测具有应用潜力。最后,以DNA-TB/CTS修饰电极为基础,添加四种纳米材料[高密度碳纳米管(KF)、低密度碳纳米管(KC)、石墨烯和Fe3O4磁性纳米粒子],构筑DNA-染料/纳米材料/CTS聚合膜修饰电极,利用电化学方法研究三种染料分子修饰电极检测一氯联苯信号放大作用。结果表明,添加纳米材料均可以明显地增大修饰电极的基础电流,提高检测灵敏度。在添加Fe3O4量为10μL、壳聚糖10μL、DNA-染料10μL的条件下对0.5~2.5μM一氯联苯检测灵敏度为0.2578μA/μM,与DNA-染料/CTS修饰电极相比,灵敏度提高了约2.5倍,降低检测限至0.01μM(S/N=3),且对葡萄糖、Na Cl、抗坏血酸等物质具有较强的抗干扰性。本文还研究添加生物酶催化底物的方式对检测信号放大的作用,利用辣根过氧化物酶对底物H2O2的催化作用,构筑DNA-染料/HRP/CTS修饰电极,得到检测敏感度为0.2128μA/μM,检出限为0.01μM,灵敏度提高了约2.02倍。
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