基于静电纺丝的农残速测卡的制备及其性能研究

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有机磷类和氨基甲酸酯类农药是我国目前应用最广泛的两类农药,其在低浓度下即可危害人体健康。因此,探索快速、可靠的检测方法对检测食品中这两类农药残留具有重要意义。速测卡以其操作简单、成本低廉等优势而被广泛应用。然而,常见的速测卡一般由玻璃纤维、滤纸等作为固定材料制备而成,其灵敏度问题在一定程度上限制了它的应用。目前,随着纳米技术研究的不断深入,纳米纤维的高孔隙率、高比表面积的特性使其成为检测技术领域的焦点。静电纺丝作为一种简单、温和的可连续制备纳米纤维的方法已广泛应用于组织工程、医药等领域,而尚未见有将其用于制备农残速测卡的相关研究。鉴于此,本课题首先探讨了采用静电纺丝技术制备快速检测有机磷和氨基甲酸酯两类农药残留速测卡的可行性,对比研究吸附法和包埋法制备的固定载体的性能,确定适宜的固定载体制备方法,在此基础上,对所得的固定载体进行表征,并研究所制备速测卡的性能及其在实际样品检测中的应用。本论文的主要研究结果如下:首先,基于静电纺丝吸附法制备速测卡的固定载体,包括分别吸附乙酰胆碱酯酶(ACh E)和吲哚乙酸酯(IA)的PCL改性纤维膜膜和PCL纤维膜。通过优化得到PCL纤维膜制备条件为:PCL浓度125 g/L,氯仿与甲醇的比例7:3,纺丝电压13 k V,进样速率2.5 m L/h,接收距离13 cm,所得纤维平均直径为0.93μm且形貌良好;适宜的PCL纤维膜改性条件为70%乙醇预浸润后Na OH溶液处理1 h。酶和底物的最适吸附时间分别为24 h和12 h。接着,基于静电纺丝包埋法制备速测卡的固定载体,包括将PVA分别与ACh E和IA混合后纺丝得到的酶膜和底物膜。酶膜制备条件为:PVA浓度75 g/L,缓冲液KH2PO4-K2HPO4,纺丝电压15 k V,进样速率0.3 m L/h,接收距离15 cm,此时得到纤维直径均一且形貌良好的纳米纤维膜(平均直径240 nm)。相应地,底物膜制备的条件为:PVA和乙醇的浓度分别为75 g/L和15%,纺丝电压12 k V,进样速率0.5 m L/h,接收距离为17 cm,此时所得底物膜纤维直径均一且形貌良好,平均直径为387 nm。最后,对比研究了吸附法和包埋法制备的速测卡对酶的固定量和检测时所需的显色时间,结果表明,采用包埋法制备的酶膜能够固定酶溶液中90%以上的酶,且检测样品时所需显色时间更短。因此,包埋法更适合于制备速测卡的固定载体。通过进一步优化得到包埋法制备酶膜和底物膜时酶和底物最低的有效浓度分别为1 mg/m L和3 mg/m L。采用傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TGA)和差示扫描量热仪(DSC)对纤维膜进行表征,ATR-FTIR和XPS的结果证实了ACh E和IA已成功包埋于纳米纤维膜中,而TGA和DSC分析表明纤维膜的热稳定性提高,酶表观动力学研究表明,酶膜中酶的Km值为9.16 m M,而游离酶的Km值为5.58 m M。农残速测卡使用时的最适抑制时间和显色时间分别为10 min和5 min。在优化条件下,敌百虫、氧化乐果、马拉硫磷、甲萘威和呋喃丹的检出限分别为0.2 mg/L、0.5 mg/L、1.5 mg/L、0.1 mg/L和0.02 mg/L,均达到了国标的检出限要求并且高于国标的标准。速测卡具有良好的贮藏稳定性,在室温下储存4个月后仍能正常使用。将自制和市售速测卡应用于实际样品卷心菜和苹果的农残检测分析,结果表明自制速测卡具有更高的灵敏度。本研究为开发新型的农残速测卡提供了理论依据和实验数据,并将推动静电纺丝技术在快速检测领域中的应用。
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