碳量子点荧光适配体传感器检测食品及环境中17β-雌二醇的方法研究

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17β-雌二醇(17β-estradiol,E2)是人体和动物产生的一种活性较强的内源性雌激素,它对生物的生长发育起着重要作用,但存留在生物体外的E2是一种典型的环境内分泌干扰物,其难以降解的化学性质使其可以在外界环境中长期残留。研究表明低浓度的E2通过食物、水体和空气污染等途径进入生物体后即可干扰机体内分泌激素的正常运作,使生物体的内分泌功能失衡,甚至可能诱发一系列癌症,对生物体造成危害。目前,已经建立了高效液相色谱法、气相色谱-质谱联用、液相色谱-质谱联用、免疫法、电化学法等检测食品中E2的方法,这些方法具有优良的检测灵敏度和准确度,但还存在有机溶剂用量大、稳定性差、耗时耗力等问题。因此,建立兼具高灵敏度和高选择性,且快速简便、绿色安全、性能稳定的E2分析方法对生物体和外界环境都具有重要意义。碳量子点(Carbon quantum dots,CQDs)是粒径在10 nm以下的荧光碳纳米材料,其荧光性能稳定,具有生物相容性好、低毒、易溶于水、易合成且生产成本低廉等优点,已被广泛用于构建荧光传感器对食品和环境中的有害物质进行检测。适配体是一种单链DNA或RNA,能与靶标进行特异性结合,目前E2已经筛选出多种对应的适配体,因而各种适配体传感器被用于E2的特异性检测。基于此,本文结合荧光CQDs的优良性质与适配体所具有的靶标选择性构建了两种荧光适配体传感器(以下简称荧光适体传感器)用于灵敏分析牛奶和环境水样中的E2含量。论文主要研究内容如下:基于磁性Fe3O4纳米粒子的荧光适体传感器检测E2。首先利用微波协助水热法简便快速地制备了粒径3 nm左右、水溶性好、荧光性能优异、表面富含羧基等多种官能团的CQDs,并在其表面通过碳二亚胺法连接了E2的长链适配体P1,形成了CQDs-P1。其次通过一锅法直接合成了粒径50 nm左右、磁性性能良好且表面连接了氨基的Fe3O4纳米粒子,同样的通过碳二亚胺法在其表面连接P1的部分互补链c DNA,形成了Fe3O4-c DNA。在优化后的条件下,将不同浓度的E2标准溶液先与CQDs-P1溶液孵育再加入Fe3O4-c DNA悬浮液,对上清液进行荧光检测后建立相对荧光强度(F-F0)与E2浓度的标准曲线。结果表明E2浓度(1×10-6-1×10-11 M)的对数值与其对应的F-F0符合线性方程y=28.55x+337.61,决定系数R~2为0.996,在此基础上,计算出该荧光适体传感器测定E2的检测限(Limit of detection,LOD)为3.48×10-12 M,定量限(Limit of quantitation,LOQ)为1.16×10-11 M,同时该荧光适体传感器表现出良好的选择性和重现性,最后将其运用在牛奶、湖水和水龙头水中E2的检测上,得到85.21%-114.80%的E2回收率,相对标准偏差均小于5%,表明该荧光适体传感器在监测食品和环境样品中E2的含量时具有良好的准确度和精度,展现出一定的实际运用潜力。基于金纳米粒子的荧光适体传感器检测E2。首先仍然利用上一方法中合成的CQDs作为荧光探针,在其表面连接上E2的短链适配体P2,形成CQDs-P2。其次通过柠檬酸钠还原法合成粒径35 nm左右、能有效淬灭CQDs荧光的金纳米粒子(Gold nanoparticles,Au NPs)。在优化的条件下,将不同浓度的E2标准溶液加入到CQDs荧光被Au NPs淬灭后的溶液体系,建立CQDs荧光恢复程度与E2浓度的标准曲线。结果表明E2浓度(2×10-5-2×10-9 M)的对数值与其对应的荧光恢复程度符合线性方程y=58.50x+558.95,决定系数R~2为0.992,LOD为3.43×10-10 M,LOQ为1.03×10-9 M,该荧光适体传感器同样表现出良好的选择性和重现性,在牛奶和水样的E2检测上得到更佳的回收率89.67%-113.36%,相对标准偏差为1.43%-6.31%,其结果与高效液相色谱法(High performance liquid chromatography,HPLC)的检测结果基本相符,进一步证明了该荧光适体传感器的准确性和实用性。
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