全固态电位传感技术在抗生素检测中的应用研究

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全固态电位传感器因不含内充液,极易微型化、阵列化和制备成一次性的纸基电极和柔性电极,而在近年来得到了快速的发展,已在环境监测、临床护理、食品安全检测和可穿戴设备等领域得到了广泛应用。抗生素,是指由微生物或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物。链霉素和卡那霉素均属于氨基糖苷类抗生素,对许多革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌具有广谱抗菌作用,因此常用于预防动物疾病或治疗细菌感染。但是,过度使用和滥用抗生素会在人体中造成抗生素残留,影响人的听力和肾脏,甚至引起神经系统紊乱。目前,常用的检测抗生素残留的方法有:高效液相色谱(HPLC),液相色谱-质谱联用(LC-MS),免疫分析法和荧光法等。这些传统方法虽稳定可靠,但它们大多数需要高成本的大型仪器,以及不能被设计成便携式设备来实现现场检测。因此开发一种简便快速、灵敏的新方法来检测食品中的抗生素具有重要的意义,同时也能进一步推动食品安全领域的发展。本课题基于核酸适配体开发了三种不同的全固态电位传感技术用于抗生素链霉素和卡那霉素的快速检测。首次引入双校准体系,制备四通道丝网印刷碳电极阵列全固态电位传感器,同时检测链霉素和卡那霉素。通过双校准体系对工作电极的基准电位进行校准,以扣除溶液基质引起的背景信号,提高检测精确度。具体的主要内容如下:第一章绪论本章首先介绍了全固态电位传感技术的概念,重点介绍了全固态电位传感技术的两个分支:基于离子载体的电位传感技术和基于新型受体的生物型电位传感技术。并对近年来便携式电位传感技术的发展进行了介绍。其次介绍了抗生素检测技术的发展现状,主要介绍了基于电化学方法、比色法、荧光法、色谱法对抗生素的测定。在该章的最后,提出了本论文的研究意义和主要内容。第二章基于丝网印刷碳电极的全固态电位传感器应用于卡那霉素的检测本文开发了一种基于开路电位技术的新型全固态电位传感器,应用于检测卡那霉素。通过在丝网印刷电极上修饰还原的氧化石墨烯,树状纳米金和卡那霉素适配体来制备全固态选择性电极,由于适配体可特异性识别目标物并结合形成特殊刚性结构的复合物,引起电极表面有效电荷数的改变,进而电极电位发生改变。在最佳实验条件下,该传感器能够实现对卡那霉素较灵敏地检测,检出限为7.08×10-12M,线性范围为1.00×10-111.00×10-6M,且具有较好的重现性与短期稳定性。本研究为卡那霉素及类似抗生素的检测提供了一种快速简便的新方法。第三章基于层层组装修饰电极的全固态电位传感器在抗生素检测中的应用本文提出了一种新型全固态电位传感器用于检测有机小分子链霉素。通过在电极表面逐层组装羧基化多壁碳纳米管、聚乙烯亚胺(PEI)和适配体来制备全固态选择性电极。在目标物链霉素存在时,导致适配体在修饰电极表面的脱附,从而导致表面电荷的正负性变化,从而导致电极电位的变化。聚阳离子的引入会引起电极表面的电荷变化,从而提高传感器的灵敏度。在最佳条件下,本传感器在1.00×10-111.00×10-9M浓度范围内对链霉素有稳定的响应,检出限为3.43×10-1212 M,且具有较好的选择性和重现性。本研究为电位法应用于有机小分子的检测提供了一种新方法。第四章基于双校准体系的全固态电位传感器应用于链霉素和卡那霉素的同时检测本文开发了一种基于4通道丝网印刷碳电极的新型电位传感阵列,引入双校准体系同时检测链霉素和卡那霉素。以两个通道组装两个目标的适配体作为工作通道,另外两个通道固定两个全A序列作为校准通道,以扣除背景基质的干扰。在最佳实验条件下,该传感器阵列对链霉素和卡那霉素的检测具有较高的灵敏度,检出限分别为9.66×10-1212 M和5.24×10-1212 M,相应的线性响应范围为1.00×10-111.00×10-55 M和1.00×10-111.00×10-66 M。此外,该传感器表现出良好的特异性和重现性,并进一步应用于实际牛奶样品中链霉素和卡那霉素的同时检测,通过液相色谱-质谱联用(LC-MS)对结果进行了验证。结果表明,该传感器阵列在多目标物的现场检测中具有很大的应用潜力。
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