新型碳纳米复合材料基电化学适配体传感器的构建及其食品中抗生素残留检测研究

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抗生素在养殖业中应用广泛,而滥用抗生素会直接导致其在动物源性食品中的残留,并通过食物链的富集作用在人体内蓄积,诱发多种疾病产生。目前已报道的动物源性食品中抗生素残留检测方法较多,但现场快速检测难度较高,电化学方法因其易于微型化和便携化成为现场快速检测方法研究的热点。尽管目前食品安全检测领域己报导了许多基于电化学方法的传感器,但仍然存在一些缺陷,如信号不稳定,特异性不强,容易受到样本中复杂基质干扰等。适配体技术因其良好选择性和可编辑性逐渐在电化学检测领域应用广泛。利用适配体与靶标分子的特异性识别作用,引发信标分子的电化学信号发生改变,通过对电化学信号的收集,实现对靶标分子的分析检测。本论文利用新型碳纳米复合材料构建了一系列可用于抗生素检测的适配体电化学传感器,为实现食品中抗生素残留的现场快速检测提供了新的思路和方法。主要研究工作如下:(1)构建了基于UiO-66-NH2/MCA/MWCNT@rGONR纳米复合材料和核酸适配体的电化学传感器对卡那霉素(Kana)的检测研究。采用水热法、溶液剥离法制备了锆金属有机骨架(UiO-66-NH2)、三聚氰胺纳米球(MCA)和具有核壳结构的多壁碳纳米管还原氧化石墨烯纳米带(MWCNT@rGONR),通过超声混合得到了UiO-66-NH2/MCA/MWCNT@rGONR复合纳米材料,将其作为电极表面修饰材料,结合适配体技术构建了电化学传感器用于Kana的检测。采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对UiO-66-NH2/MCA/MWCNT@rGONR纳米复合材料进行了形貌表征,采用X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)对复合材料进行组成成分的分析,通过循环伏安法(CV)和方波伏安法(SWV)对传感器的构建过程及电化学性能进行了测试。实验结果表明,纳米复合材料提升了电极表面的电子传递效率和有效面积,增加了固定适配体的活性位点,实现了对Kana的灵敏检测。通过优化实验条件,得到该传感器的线性检测浓度范围为25~900 nmol/L,理论检测限为13nmol/L,且具有良好的选择性、重复性和稳定性。实际样本中的加标回收实验结果与高效液相色谱分析法(HPLC)分析结果差异较小,表明检测方法准确性较好,此传感器在Kana检测中具有实际应用潜力。(2)构建了基于Ti3C2Tx/Au NPs纳米复合材料和核酸适配体的电化学传感器对卡那霉素(Kana)的检测研究。实验选择计时电流法(i-t)预处理后的铅笔石墨电极(PPGE)作为基础电极,先后分别采用刻蚀法和原位合成法制备了碳化钛(Ti3C2Tx)和金纳米粒子(Au NPs)复合材料,通过(3-氨丙基)三乙氧基硅烷(APTES)对Ti3C2Tx/Au NPs复合材料进行氨基功能化,并将其作为电极表面修饰材料,结合适配体技术构建电化学传感器用于Kana的检测。采用SEM、XPS和XRD对PPGE和Ti3C2Tx/Au NPs复合材料的形貌和成分进行表征,并通过CV和SWV等电化学方法对传感器的构建过程和电化学性能进行了表征和测试。结果表明,预处理后的PPGE表面结构发生形变,原本致密的石墨结构变得松散且堆叠,Au NPs通过原位合成在Ti3C2Tx的表面及其层状结构中均匀分布,这些结构增加了电极有效活性面积和适配体固定位点,提升了传感器灵敏度。传感器在最佳条件下,对Kana的理论检测限为0.0071 nmol/L,线性检测范围为0.01~100 nmol/L和100~1200 nmol/L,并且具有良好的特异性,重复性和稳定性,实际样本加标回收实验结果与HPLC分析结果差异较小,表明检测方法准确性较好,该传感器在Kana检测中具有较好的应用前景。(3)构建了基于Ti3C2Tx/MoS2/MWCNT@rGONR纳米复合材料和核酸适配体的电化学传感器对卡那霉素(Kana)和氯霉素(Cap)的同时检测研究。分别采用溶液刻蚀法、剥离法和水热法等制备了Ti3C2Tx、二硫化钼量子点(Mo S2)、MWCNT@rGONR和磷酸钛纳米球,通过超声混合的方法得到Ti3C2Tx/Mo S2/MWCNT@rGONR复合纳米材料,并作为固定核酸序列的基底,引入标记了Cd2+和Zn2+的磷酸钛纳米球作为电化学信标分子,构建适配体电化学传感器实现了对Kana和Cap的同时检测。采用SEM、TEM、EDS和XRD对复合材料和磷酸钛纳米球进行了形貌和成分的表征,并通过CV和SWV等电化学方法对构建的传感器的构建过程和电化学性能进行了研究。结果显示在复合材料中,MWCNT@rGONR缠绕和穿插在Ti3C2Tx的层状结构之间,Mo S2量子点均匀分散在其间,这些结构提升了电极表面的电子传递效率和有效面积,并为核酸序列的固定提供了丰富的活性位点。在最优条件下,该传感器对Kana的理论检测限为0.135 nmol/L,对Cap的理论检测限为0.173 nmol/L,两种抗生素的线性检测范围均为0.5~2500 nmol/L,并且具备良好的选择性,稳定性和重复性。该方法在牛奶和鱼肉的加标回收实验中有较高的回收率,与HPLC检测结果进行对比,无显著差异,表明该传感器在Kana和Cap检测中具有较好的应用潜力。
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