微流控化学发光酶传感器的研制、性能评价及应用前景研究

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我国是个农业大国,农药使用广泛,有机磷和氨基甲酸酯类农药由于其具有高效、低毒、易降解等优点,被广泛应用于农业生产中,长期食用含过量农药残留的蔬菜水果,会出现一系列神经中毒症状,如共济失调、语言失常、精神错乱、出汗、震颤等,甚至引起死亡。农药残留同时也带来严重的环境污染。为保证人们的身体健康,对有机磷和氨基甲酸酯类农药实施有效监控具有重要意义。目前,常用的农药残留分析方法主要有气相色谱法、高效液相色谱法、电泳法、高效液相色谱-质谱联用法、气相色谱-质谱联用法等,但这些方法不能对蔬菜、水果等食品生产、销售环节进行全面有效监控,不能有效的阻止高农药残留的果蔬上市。因此积极开展食品农药残留快速检测技术—传感器的研究,对于保障我国人民的食品安全具有十分重要的意义。本研究以固定化乙酰胆碱酯酶(AChE)为生物传感器的识别元件,以微流控芯片为流通反应池,以化学发光仪作为检测器,并以鲁米诺-铁氰化钾体系为化学发光体系,通过流动注射分析法来检测有机磷和氨基甲酸酯农药。研究内容和结果如下:1 以具有良好综合力学性能的高分子聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为原料制备微流控芯片。芯片由基片(55mm×35mm×3mm)和盖片(55mm×35mm×3 mm)组成,基片由一个螺旋形通道(宽0.8 mm,深1 mm)和两个孔(内半径0.9 mm)组成。研究过程中采用铣床刻蚀微通道,刻蚀的通道内表面平整、光滑;刻蚀完成后,基片和盖片用异丙醇和水(v/v,1:1)超声清洗10 min,经二氯乙烷和无水乙醇(v/v,1:1)溶剂键合、压合,制成微流控芯片。采用溶剂键合法制得的芯片在2m高度处自由下落,发现无开裂;基片和盖片之间的拉伸强度≥100 N/cm2,且向微通道里注入品红溶液,显微镜观察发现通道边沿无渗漏。溶剂键合法可以在室温下操作,操作简单、成本低、键合强度高。2研制了用于检测有机磷和氨基甲酸酯农药的流动注射化学发光酶传感器。此传感器采用CNBr活化的Sepharose 4B固定化乙酰胆碱酯酶为识别原件,以鲁米诺-铁氰化钾体系为化学发光体系,以微流控芯片为流通反应池,以化学发光仪作为检测器,通过流动注射分析法来检测有机磷和氨基甲酸酯农药。研究优化了传感器的参数:鲁米诺和铁氰化钾浓度、流速、农药抑制时间、底物浓度、酶复活时间和底物与酶的接触时间。在最佳条件下,分别通入不同浓度的敌敌畏、辛硫磷、毒死蜱、乐果、西维因、克百威、灭多威标准溶液,绘制标准曲线。3进一步从稳定性、重现性、精密度等指标来综合衡量传感器的性能,得出传感器性能优良,稳定性好,重现性高。将传感器用于检测包菜和苹果中的农药残留,样品中各农药的添加回收率均在85%以上,平均偏差≤8.1%,其具有较高的回收率和较好的重现性,前处理简单。此外,对于传感器的优缺点也做了一定的探讨,提出产品模型,规划产品未来的发展方向。
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