水环境中微囊藻毒素MC-LR检测的新技术研究

来源 :重庆医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:eriwu
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近年来,由淡水水体富营养化引起藻类骤然大量繁殖而导致的水质恶化现象(亦称水华)在世界范围内被大量报道。其中,由微囊藻毒素(Microcystins,MCs)所造成的污染最为普遍,而在MCs的亚型中,以毒性最强的微囊藻毒素-亮氨酸/精氨酸(MC-LR)亚型为研究热点。MC-LR是由铜绿微囊藻产生的一类具有生物活性的环状七肽化合物,有研究表明,该亚型可通过接触、饮用、食用含有MC-LR的水或水产品等方式进入人体,具有明显的肝细胞毒性:少量摄入可引起肝脏肿大、淤血、出血坏死等,长期或大量摄入则会引起肝癌、肾脏损伤、心肌功能受损、胚胎畸形等多种毒性效应,甚至死亡,严重危害人类健康。因此,开展水环境中MC-LR定期检测和长期监测,对于保护环境和保障人类健康具有重要意义。MC-LR的测定方法经历了从生物测定到化学分析再到免疫测定,不断创新和完善。不论哪一种技术进步,都是以追求实现对MC-LR的快速、准确、方便检测为目标。近年来,随着电化学生物传感器的不断发展,给MC-LR的检测方法学研究带来了新的启发和思路,其中以适配体作为捕获探针的方式在生物传感器研究中的使用愈发受到关注。适配体是从随机寡核苷酸文库中筛选获得的对靶物质具有很高特异性与亲和力的寡核苷酸序列,相比较于在生物传感器中用抗体作为捕获探针的传统方式,以适配体为捕获探针的新方式在制造、结合和稳定性等方面更显优异。本文就将主要从实现MC-LR特异性识别和检测信号放大两方面,进行构建和研究新型双模式电化学生物适配体传感器。本研究基于MC-LR与其适配体之间的特异性识别作用、新型纳米材料二硫化钼-铂钯(MoS2-PtPd)和沸石咪唑类骨架材料-8-硫堇-金(ZIF-8-Thi-Au)的信号放大策略,构建了直接法和间接法相结合的双模式电化学生物适配体传感器用于MC-LR的定量检测。在直接法中,用首次合成的MoS2-PtPd修饰玻碳电极表面,利用该材料比表面积大的特点,以其作为负载MC-LR适配体的平台,同时因其优异的电化学性能,可以用其催化过氧化氢(H2O2)和增加电极表面导电性来放大电流检测信号。随后,引入MC-LR适配体作为捕获探针,并利用MC-LR适配体与MC-LR的特异性结合作用极大地提高了传感器的特异性。通过计时电流法(i-t)分析MC-LR适配体捕获不同浓度待测样品MC-LR前后的电流差值,可以构建出MC-LR浓度与电流差值的标准曲线,从而实现直接法对MC-LR的定量检测。同时,为了进一步提高该适配体传感器的潜力,增大检测信号的灵敏度,扩大检测的线性范围,我们在直接法的基础上设计了间接法。在间接法中,将首次合成的ZIF-8-Thi-Au与MC-LR适配体互补链(CS)结合,形成ZIF-8-Thi-Au/CS信号材料。其中,ZIF-8作为典型的ZIFs,其具有很大的比表面积,可以吸附更多的Thi和Au用以增大导电性和产生电信号,进而也可在ZIF-8表面结合更多的CS用以增大检测范围,并且ZIF-8良好的稳定性保证了传感器的稳定性。将MC-LR适配体固载在MoS2-PtPd修饰玻碳电极表面后,ZIF-8-Thi-Au/CS通过CS与MC-LR适配体的碱基配对特异性结合。当样品溶液中出现MC-LR时,MC-LR通过竞争结合的方式取代ZIF-8-Thi-Au/CS,并与MC-LR适配体特异性结合。通过方波伏安法(SWV)检测ZIF-8-Thi-Au/CS被取代前后的电流值,可以构建MC-LR浓度与电流值的标准曲线,实现间接法对MC-LR的定量检测。在最优实验条件下,直接法的最低检出限(LOD)为0.045 ng mL-1,线性范围从0.1-50 ng mL-1;在间接法中,LOD为0.006 ng mL-1,线性范围从0.01-50 ng mL-1。综上所述,本研究成功构建了一个能够快速灵敏地检测水环境中微囊藻毒素-LR的双模式适配体传感器。通过巧妙的设计,直接法成功构建后,在此基础之上快速构建间接法,使得检测人员可以根据具体情况选择双模式其中之一进行检测,如需快速简便即可选择以H2O2为信号源的直接法,如需更加灵敏即可选择以Thi为信号源的间接法。同时,由于双模式和不同信号源机制的存在,也可以通过比较双模式的检测数据对最终检测结果进行验证,进一步确保了结果的准确性,这样的联用双模式传感器也为MC-LR的检测技术应用研究提供了新的思路。
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