基于Fe3O4@MoS2纳米复合材料构建磁控适配体传感器及对霉菌毒素检测研究

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食用被霉菌毒素污染的食品会对人体健康造成严重的威胁,因此,准确、快速检测霉菌毒素具有重大的实际应用价值。传统检测方法存在步骤繁琐、操作复杂、严重依赖大型仪器等局限,无法达到快速检测的目的。本文成功制备了Fe3O4@MoS2纳米复合材料,并将其作为磁控载体耦合核酸适配体(aptamer,apt)这一新型分子识别元件,构建电化学或荧光适配体传感器,成功实现了对单组分霉菌毒素的灵敏检测或双组份霉菌毒素的同时检测。具体研究内容如下:1、利用水热法制备了Fe3O4@MoS2纳米复合材料,利用多种测试手段对Fe3O4@MoS2纳米复合材料进行了表征,结果表明该纳米复合材料具有良好的磁控性能和典型的核-壳结构:Fe3O4纳米球为核,MoS2纳米片直立生长在Fe3O4纳米球表面为壳。利用磁性玻碳电极与Fe3O4@MoS2纳米复合材料之间的磁相互作用,可将该纳米复合材料磁控修饰于电极表面,无需任何粘附剂即可避免常见的纳米材料溶胀、脱附问题。进一步,利用MoS2纳米片与apt之间的π-π作用将apt吸附在MoS2纳米片表面,当目标物存在时,由于目标物与apt之间的特异性结合形成apt-AFB1复合物而从MoS2表面脱落,加快了电子转移速率并最终导致电化学阻抗响应信号降低。基于这一检测原理构建了免标记电化学适配体传感器,实现了对黄曲霉毒素B1(AFB1)的灵敏检测,检测线性范围为10 pg m L-1-1000 ng m L-1,检出限(LOD)为3.4 pg m L-1(S/N=3)。该传感器具有良好的选择性、重现性和稳定性,并成功应用于花生样品中AFB1的分析检测。相较于普通MoS2纳米片在电极表面堆叠造成的比表面积大量丧失,Fe3O4@MoS2纳米复合材料可以充分利用直立生长的MoS2纳米片的结构特点,可为生物分子提供了更多的负载位点,为高性能免标记电化学传感器研制提供了崭新的思路。2、利用水热法制备了发射蓝色荧光的氮掺杂石墨烯量子点(NGQDs),通过将NGQDs与apt偶联制备NGQDs标记的apt荧光生物探针(NGQDs-apt)。以该荧光生物探针作为能量供体,利用Fe3O4@MoS2作为能量受体,通过MoS2纳米片与apt之间的π-π作用将apt吸附在MoS2纳米片表面,当NGQDs与MoS2纳米片之间的距离足够近(<10 nm),则会导致荧光共振能量转移(FRET)现象的发生,此时NGQDs-apt的荧光即被MoS2纳米片淬灭。当目标物AFB1存在时,基于AFB1与apt之间的特异性识别作用,NGQDs-apt与AFB1形成复合物而从MoS2纳米片表面脱落,导致NGQDs的荧光恢复。基于这一检测原理构建了off-on型荧光适配体传感器。由于MoS2纳米片并不能完全淬灭荧光探针的荧光信号,造成干扰并产生较高的空白背景信号,该难题可以利用Fe3O4@MoS2的磁控性能解决,从而有效地降低了背景信号。该荧光适配体传感器可以实现对AFB1的灵敏检测,检测线性范围为1 pg m L-1-10 ng m L-1,LOD低至0.32 pg m L-1(S/N=3)。该传感器具有良好的选择性、重现性和稳定性,已成功应用于花生样品中AFB1的分析检测,为使用方便、灵敏度高的荧光适配体传感器构建提供了新的思路。3、利用水热法制备了巯基丙酸(MPA)保护的发射红色荧光CdTeZn量子点(QDs),以发射蓝色荧光的NGQDs(QDs1)和发射红色荧光的Cd Zn Te QDs(QDs2)作为荧光探针,分别与脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)和玉米赤霉烯酮(ZEN)的适配体apt1和apt2进行偶联制备两种纳米荧光生物探针QDs1-apt1、QDs2-apt2,利用Fe3O4@MoS2表面的MoS2纳米片作为能量受体,通过MoS2纳米片与apt1、apt2之间的π-π作用将QDs1-apt1和QDs2-apt2荧光生物探针吸附在MoS2纳米片表面,导致NGQDs和Cd Zn Te QDs的荧光被淬灭。在目标物DON和ZEN的存在下,基于apt1、apt2与各自目标物之间的特异性结合作用,使得QDs1-apt1和QDs2-apt2从MoS2纳米片表面脱落,导致了QDs1和QDs2不同程度上的荧光恢复。通过发挥Fe3O4@MoS2的磁控特性,有效减小了空白背景信号的干扰。基于此原理构建了磁控荧光适配体传感器,成功实现了对DON和ZEN这两种霉菌毒素的同时检测。该传感器对DON和ZEN的线性检测范围分别为0.01-10 ng m L-1和0.01-50 ng m L-1,LOD分别为2.3 pg m L-1和3.7 pg m L-1(S/N=3)。该传感器具有良好的选择性、重现性和稳定性,为双组份霉菌毒素同时检测提供了崭新的视角。
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