研究背景:随着材料科学、纳米科学和绿色化学等学科的迅速发展,大量的新型材料不断涌现,并被应用于分析化学领域的研究。在复杂基质样品中痕量待测物分析方法的建立中,对复杂样品进行更有效的样品前处理,仍是一项极具挑战性的工作。利用新型材料与待测物之间各种相互作用,选择理化性质合适或对待测物特异性识别的材料作为萃取相,可提高前处理方法的特异性和选择性;选择低毒的绿色溶剂代替传统样品制备中大量使用的有机溶剂,可使方法更加绿色环保,减少对环境和操作者的危害;利用纳米材料和纳米复合材料比表面积大、易修饰改性等特性,可改善前处理方法的萃取效率和富集倍数。与此同时,新型材料也开始应用于生物传感技术,利用它们特殊的物理化学特性,改善传感器的各项性能。近年来,基于新型材料的各类样品制备技术和传感器方法的研发是分析化学工作者的研究热点之一,但多注重分析方法的建立,仅在标准溶液或模拟样品中测试方法性能,缺乏在不同样品基质中针对不同待测物的检测的大量而深入的应用研究,尤其是在卫生检验领域的应用实例。邻苯二甲酸酯是世界上使用最广的一类塑化剂,但是它们和塑料不以化学键结合,极易释放到环境中,从而影响人体激素分泌,损害生殖和呼吸系统,诱发心血管系统疾病和癌症;维生素E主要包括8种生理功能和生物活性不同的异构体,是一大类维持人体正常生理功能和代谢的脂溶性维生素,维生素E缺乏会导致神经和免疫系统疾病,且与癌症、心血管疾病、糖尿病等严重影响人群健康的慢性疾病具有一定的关联性;维生素D参与人体钙磷吸收和多条代谢途径,维生素D缺乏会导致佝偻病等骨性疾病,与多种慢性疾病的发生发展有关。目前,因维生素D缺乏引起的疾病较为普遍,特别是在发展中国家,以及孕妇、青少年和老年人等特定人群中。基于食品中塑化剂污染检测、人体维生素E和维生素D营养状况的诊断3个有待改善的卫生理化检验技术和方法,本研究根据不同的样品和待测物,选取了磁性纳米颗粒、离子液体和核酸适配体3种新型材料,建立了基于磁性纳米颗粒的磁性固相萃取技术用于饮料样品中的11种邻苯二甲酸酯类塑化剂的萃取;建立了基于离子液体的分散液液微萃取技术用于人血清样品中8种维生素E异构体的萃取;构建了 2种以核酸适配体为特异性识别元件的电化学传感器,用于人血清样品中25-羟基维生素D3的灵敏、特异检测。研究考察了基于新型材料的样品制备技术和生物传感方法在食品检验和生物材料检验中的实际应用,可为食品安全监测、临床诊断和公共卫生指南的制定提供技术支撑和数据基础,为更新食品及生物材料样品的标准检测方法提供参考。方法:本研究针对不同待测物和样品,选择了不同的新型材料;建立了磁性固相萃取-高效液相色谱法、分散液液微萃取-高效液相色谱法和两种适配体电化学生物传感器,分别应用于邻苯二甲酸酯类塑化剂、维生素E异构体和25-羟基维生素D3的快速、灵敏测定。1.采用溶剂热法合成了磁性四氧化三铁、磁性碳纳米管和磁性氧化石墨烯3种磁性纳米颗粒。涡旋辅助下,塑料瓶装饮料样品（碳酸类饮料需提前超声脱气）中的邻苯二甲酸酯被加入的磁性纳米萃取剂吸附,而后加入丙酮-正己烷（1:1,v/v）洗脱。洗脱液经C18色谱柱分离后,进行高效液相色谱法测定,采用梯度洗脱,流动相为乙腈和水,柱温为35℃,检测波长为225 nm。对影响色谱分离的因素和磁性固相萃取条件（包括萃取剂种类、萃取剂用量、洗脱剂种类和离子强度等）进行了优化。考察了方法的检出限、准确度和精密度等方法学参数,并采用所建立的磁性固相萃取-高效液相色谱方法对4类塑料瓶装饮料样品中的邻苯二甲酸酯进行了检测。2.以商品化离子液体为萃取剂,建立了同时测定血清中8种维生素E异构体的分散液液微萃取-高效液相色谱法。样品经直接稀释后,加入离子液体萃取剂,涡旋辅助下,萃取样品中的待测物,离心后收集萃取相,进行高效液相色谱-荧光检测分析,检测波长为290/327nm,流动相为甲醇-乙腈（80:20,v/v）,流速为0.70 mL/min,柱温为30℃。实验对液相色谱各项参数和影响分散液液微萃取的各种条件进行了优化,包括离子液体萃取剂的种类和体积、分散剂种类、涡旋时间和离子强度。最后,考察了方法的各项性能指标,并利用所建立的方法对人血清样品中的8种维生素E异构体进行了同时测定。3.构建了一种新型的基于DNA核酸适配体的电化学传感器,用于人血清中25-羟基维生素D3的测定。将核酸适配体通过二硫键修饰在裸金电极表面,当待测物存在时,核酸适配体能特异性识别待测物,导致适配体的空间结构发生改变,从而改变电极表面电化学信号,实现待测物的定量检测。实验通过圆二色光谱和紫外光谱分析,验证和比较了不同适配体与待测物在溶液体系中的相互作用。使用了循环伏安法、方波伏安法和电子阻抗谱三种电化学测定方法,监测适配体-待测物复合物的形成所引起的电化学信号改变。电化学测定使用三电极体系,由金电极（工作电极）、银/氯化银电极（参比电极）、铂电极（对电极）组成,电解质溶液为2mmol/L的铁氰化钾-亚铁氰化钾溶液（1:1,v/v）。实验考察了方法的检出限、线性范围、灵敏度、选择性、重复性和稳定性等方法学参数,并利用构建的适配体电化学传感器对人血清样品中的25-羟基维生素D3含量进行了检测。4.构建了基于DNA四面体和催化发夹组装信号放大策略的核酸适配体电化学传感器,用于人血清中25-羟基维生素D3的测定。发夹DNA链HP1含有25-羟基维生素D3的适配体的功能域序列,当25-羟基维生素D3存在时,HP1发夹结构打开,可与修饰在金电极表面的DNA四面体顶端的发夹结构形成双链,随之双链中的HP1链被后加入的另一发夹DNA链HP2替换,从而触发催化发夹组装循环,达到信号放大的作用。实验通过紫外光谱法验证了 HP1与待测物的相互作用,并通过循环伏安法、方波伏安法和电子阻抗谱三种电化学测定方法,验证了催化发夹组装信号放大反应所引发的电化学信号改变。实验考察了方法的检出限、线性范围、灵敏度、选择性、重复性和稳定性等方法学参数,并利用所构建的传感器对人血清样品中的25-羟基维生素D3进行了检测。结果:1.三种磁性纳米颗粒萃取剂中,磁性碳纳米管对大多数邻苯二甲酸酯类塑化剂的吸附萃取效果最佳。所建立的基于磁性碳纳米管的磁性固相萃取-高效液相色谱法的线性范围为2～300μg/L,检出限为（0.659～5.33）× 10-2μg/L,测定限为（2.20～17.8）× 10-2μg/L。该方法的样品加标回收率为79.8%～114%,日内精密度为0.183%～10.1%,日间精密度为0.94%～15.8%,已应用于矿泉水、碳酸饮料、茶饮料、果汁饮料4类共20种塑料瓶装饮料样品中邻苯二甲酸酯的检测。所有被测的11种的邻苯二甲酸酯均有检出,其中1种样品被检出全部11种邻苯二甲酸酯,7种样品中邻苯二甲酸二（2-乙基）己酯含量超过世界卫生组织标准中推荐饮用水中该物质的限量浓度。2.离子液体-分散液液微萃取-高效液相色谱法测定血清中8种维生素E异构体的检出限为0.857～4.16 ng/mL,测定限为2.86～13.9 ng/mL,方法的加标回收率为74.2%～103%,日内精密度为1.61%～12.5%,日间精密度为1.69%～13.0%。使用本法测定了 44名健康人血清中的8种维生素E异构体的含量,所测8种维生素E异构体的含量范围分别为5.26×103～3.35×104 ng/mL（α-生育酚）,420～3.46×103 ng/mL[（β+γ）-生育酚],8.53～459 ng/mL（δ-生育酚）,未检出～73.7 ng/mL（α-三烯生育酚）,未检出～117 ng/mL（β-三烯生育酚）,未检出～78.2 ng/mL（γ-三烯生育酚）,未检出～7.21 ng/mL（δ-三烯生育酚）,检测结果与文献报道水平一致。3.实验对比了 VDBA14和VDBA28两种核酸适配体与25-羟基维生素D3识别前后的光谱信号和电化学信号变化。当使用VDBA14作为传感器生物识别元件,并使用其DNA单链的5’端连接金电极时,电化学传感器的性能最佳。实验构建的电化学适配体传感器的线性范围为1～1000 nmol/L,检出限为0.085 nmol/L,灵敏度为0.0366kQ/（nmol/L·cm2）,具有良好的检测性能,在人血清样品中的回收率为92.7%～97.8%,满足实际样品的测定要求。4.实验构建的基于催化发夹组装信号放大的电化学适配体传感器的线性范围为0.1～1000 nmol/L,检出限为0.026 nmol/L,灵敏度为646.9Ω/（nmol/L·cm2）,具有良好的检测性能,在人血清样品中的回收率为93.0%～102%,RSD为3.47%～8.69%,满足实际样品的测定要求。结论:1.本研究建立的磁性固相萃取-高效液相色谱法,前处理过程简单、快速、重现性好、绿色环保,方法各项性能指标均满足测定要求,适合于塑料瓶装饮料中11种邻苯二甲酸酯的同时测定,可为日常食品风险监测提供技术支撑。2.本研究建立的同时测定血清中8种维生素E异构体的离子液体-分散液液微萃取-高效液相色谱分析方法,样品无需蛋白沉淀,前处理过程中不使用任何有机试剂和特殊装置,可在10 min内完成,简单、快速、绿色环保、成本低。该方法具有良好的线性、灵敏度、回收率和精密度,已成功应用于实际人血清样品的测定。以离子液体这类选择性好、绿色环保的新型溶剂作为萃取剂的前处理方法在生物材料检测和食品检测领域均具有很好的应用前景。3.本研究构建的以单链DNA核酸适配体为生物识别元件的电化学生物传感器,具有快速、简单、灵敏、性能稳定、成本低等特点,能特异性识别25-羟基维生素D3,无需任何标记、酶的参与和信号放大,在人血清样品测定中性能良好,检出限低,线性范围宽,满足批量样品的测定要求,在临床检测和生物医学领域具有应用潜力。4.本研究构建的基于DNA四面体和催化发夹组装信号放大的电化学生物传感器,具有快速、灵敏、线性范围大、成本低等诸多优点,可用于检测实际人血清样品中的极低浓度25-羟基维生素D3的含量水平,在临床诊断和营养调查中具有良好的应用潜力。创新点:1.将磁性碳纳米材料为固相吸附剂,应用于食品理化检验,建立了磁性固相萃取-高效液相色谱法同时测定塑料瓶装饮料中的11种邻苯二甲酸酯。方法灵敏度和准确度优于文献方法。应用于4类20种不同样品中邻苯二甲酸酯的分析,取得满意结果。2.利用离子液体绿色环保、选择性好等优点,应用于生物材料样品检测,建立了离子液体分散液液微萃取-高效液相色谱法同时测定人血清中的8种维生素E异构体,并用于实际样品分析,取得满意的结果。3.将高特异性识别靶标的Apt应用于生物材料样品检测,构建了两种电化学Apt传感器方法,用于人血清中25-羟基维生素D3的检测。4.首次将基于DNA四面体的催化发夹组装信号放大策略用于小分子待测物的检测。