纳米酶基比色传感器的设计及其对饮用水中酚类污染物的检测研究

来源 :江苏大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Ling_Hun
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随着科技的进步和社会的发展,人们的生活质量逐步提升,食品安全问题也逐渐进入公众视野。食品中的内源性和外源性污染正危害着人们的健康,其中酚类污染物作为外源污染物中对人体最有害的污染物之一正逐步进入公众的视野。酚类污染物被广泛应用于工农业的生产当中,因处理和排放不当,极易使地表水受到污染,并通过食物链进行富集,最终危害动物体和人体的健康,而生活中的饮用水大多采用地表水作为原水并通过净化得到,因此对于饮用水中酚类污染物的检测具有至关重要的意义。纳米模拟酶(简称纳米酶,Nanozyme)是一类具有类酶催化特性的纳米材料,因其与天然酶相比具有高稳定性、成本低廉等优点而引起了人们的广泛关注。近年来,大量纳米酶被用于模拟多种天然酶,包括氧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶等,其类酶催化特性使得纳米酶被广泛应用于生化检测、环境治理、生物医学等诸多领域。然而,尽管纳米酶的稳定性高、价格低廉且易于制备,其仍存在催化活性较低、选择性较差等问题。基于以上问题,本文将通过对具有类酶催化活性的纳米材料进行合理调控,进而设计多种纳米酶基比色传感器及阵列,并将其应用于饮用水中典型酚类污染物的可视化快速检测,主要内容包括:1.利用共沉淀法制备了11 nm尺寸的Fe3O4纳米颗粒(Fe3O4 NPs),研究了其过氧化物酶催化活性,并基于此建立了一种简便高效的比色传感器用于可视化检测苯酚。结果表明:小尺寸Fe3O4 NPs具有良好的类过氧化物酶催化活性,可以通过催化分解H2O2促进4-氨基安替比林(4-AAP)和苯酚发生显色反应,从而达到可视化快速检测分析物的目的。研制的比色传感器实现了对苯酚的高灵敏检测,检测线性范围为1.67μM–1.2mM,检测限低至3.79μM,并成功用于饮用水中苯酚的定量检测。2.在实际样品中,多种酚类污染物常常混合存在于同一样品中,而这些污染物往往具有不同的生物毒性和环境效应,因而对不同酚类污染物进行快速检测和区分具有非常重要的意义。本研究基于Fe3O4 NPs的类过氧化物酶催化活性,构建了一种比色传感器阵列用于区分食品用水中的多种酚类污染物。利用此传感器阵列对不同酚类污染物具有不同的催化反应动力学特性,验证了其对苯酚、氨基苯酚、硝基苯酚以及氯苯酚等常见酚类污染物的区分检测性能。结果表明,构建的比色传感器阵列可正确区分多种酚类污染物,并在不同浓度条件下触发不同层次的显色反应,能准确鉴别样品中的多种酚类污染物。3.通过两步水热合成法在磁性纳米颗粒Fe3O4 NPs表面包覆一层MnOx纳米薄片,获得具有核-壳结构的Fe3O4@MnOx复合材料,研究了其类氧化酶催化性能,并构建了可回收的比色传感器阵列,用于多种具有相似结构氯酚的鉴别和分析。结果表明:研制的传感器阵列能实现对邻氯苯酚的高灵敏检测,检测线性范围为0.1–1600μM,检测限低至0.85μM。同时,结合主成分分析(PCA)和层次聚类分析(HCA)等方法,成功实现了对9种氯酚污染物的鉴别,在实际样品鉴别过程中正确率可达100%。
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