【摘 要】
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随着近年来生活水平的日益提高,我国政府对食品安全监管越来越严,但是,还存在食品安全隐患,如:谷物等粮食食品中的真菌毒素具有分布广泛、性质稳定、难以监测、危害严重的特点,而传统大型仪器或免疫学方法很难满足日益增长的检测需求。因而,开发一种真菌毒素高灵敏快速检测方法在应对食品安全事件、保障人民身体健康方面尤为重要。近年来,纳米科技发展迅速,并加强了与各领域的交叉融合。得益于镧系金属元素出色的发光性质,
【基金项目】
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天津市科技支撑计划; 国家重点研发计划;
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随着近年来生活水平的日益提高,我国政府对食品安全监管越来越严,但是,还存在食品安全隐患,如:谷物等粮食食品中的真菌毒素具有分布广泛、性质稳定、难以监测、危害严重的特点,而传统大型仪器或免疫学方法很难满足日益增长的检测需求。因而,开发一种真菌毒素高灵敏快速检测方法在应对食品安全事件、保障人民身体健康方面尤为重要。近年来,纳米科技发展迅速,并加强了与各领域的交叉融合。得益于镧系金属元素出色的发光性质,基于上转换纳米材料的荧光传感方法受到青睐。另一方面,金属有机框架具有大的比表面积与孔径、优异的吸附与高效的猝灭能力。因而,利用这两种材料的优势,构建高灵敏检测的新型荧光传感技术有重要的实用价值。本研究以T-2毒素作为真菌毒素的典型代表,对于目前检测方法存在的操作繁琐、稳定性不高、灵敏度不够等主要问题,通过探究上转换纳米材料与金属有机框架的可控合成,依据荧光共振能量转移等多种荧光猝灭原理,设计荧光适配体探针,结合生物素-链霉亲和素放大系统,构建高效的上转换荧光适配体传感技术,从而实现了食品中真菌毒素的高灵敏检测,并与传统荧光传感技术进行了对比以突出优势。其研究内容如下:1.上转换纳米颗粒(UCNPs)与金属有机框架(MOFs)的可控合成。本节采用溶剂/水热法,实现了不同粒径UCNPs、MIL-101(Cr)和NH2-UiO-66的可控合成。首先采用溶剂热法,通过改变制备过程中晶核生长的时间,合成了不同粒径和发光强度的UCNPs,通过TEM与光致荧光光谱进行表征,得到了合成小粒径、分散性好、荧光强度高的UCNPs的最优条件;之后使用水热法,通过调整矿化剂HF的体积,制备了不同粒径的MIL-101(Cr),并通过XRD、FT-IR、SEM等表征手段详细研究了晶型、吸光性质、形貌形态与吸附性质,并得到了形貌规则、结晶度高、比表面积大的MIL-101(Cr)的最优合成条件;最后采用稳定的溶剂热法,通过改变调节剂乙酸的体积,制备了不同粒径的NH2-UiO-66,并通过XRD、FT-IR、SEM等方法对其性质进行了表征,并探究了不同粒径NH2-UiO-66对Cy3修饰的适配体(Cy3-aptamer)的荧光猝灭效果,得到了高猝灭效率NH2-UiO-66的合成条件。2.高灵敏检测T-2毒素的Cy3-aptamer/MOFs荧光适配体传感技术研究。建立了一种基于Cy3标记的适配体(Cy3-aptamer)与NH2-UiO-66之间多种能量转移模式的荧光适配体传感技术,实现了T-2毒素的高灵敏检测。NH2-UiO-66通过氢键、π-π作用、配位作用吸附Cy3-aptamer并导致荧光猝灭,加入的T-2毒素能够与Cy3-aptamer识别结合,从而引起二者远离,使荧光发生恢复,荧光强度与T-2毒素的对数浓度呈正比例关系。得益于前期筛选的NH2-UiO-66的高猝灭效率和适配体优异的识别能力,所构建的荧光传感方法对T-2毒素的检测限低至0.239 ng m L-1(S/N=3),不仅具有出色的响应能力、较宽的线性范围(0.5~100 ng m L-1),还具有良好的特异性,能够区分常见的其他毒素。此外,该方法还能有效检测牛奶和啤酒中的T-2毒素,与国标ELISA方法的检测结果具有较好的一致性,因此为食品快速检测提供了一种新的方法参考。但传统荧光染料存在荧光不稳定、环境适应性差、易受光漂白等问题,并且检测限还有待提高,因此提高荧光探针的稳定性以及提高检测限都值得进一步研究。3.高灵敏检测T-2毒素的上转换-MOFs荧光适配体传感技术研究。设计了基于UCNPs与MIL-101(Cr)之间荧光共振能量转移过程的新型上转换荧光适配体传感技术,能够实现对T-2毒素的高灵敏检测。本研究在对UCNPs进行功能修饰的同时调整了表面电位,避免了由于静电作用引起UCNPs与MIL-101(Cr)相互吸引的不可逆过程。所构建的上转换纳米探针(UCNPs-aptamer)结合了生物素——链霉亲和素放大系统,不仅能够通过π-π作用靠近MIL-101(Cr)引起荧光猝灭,而且在存在T-2毒素时能够做出更灵敏的响应。在最适检测条件下,该方法的线性响应范围是0.1~100 ng m L-1(S/N=3),检测限为0.087 ng m L-1,与第二章构建的Cy3-aptamer/MOFs荧光适配体传感技术相比,具有更低的检测限和更宽的检测范围。该方法对OTA、FB1、AFB1、ZEN响应极低,而且实现了玉米粉和啤酒样品中T-2毒素的加标检测,这证明了该方法能够高度特异地对实际样品进行检测。该方法不仅能为食品中污染物的即时检测提供参考,对蛋白质、核酸及医学标志物的分析也具有一定的应用前景。
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