基于移动中和界面的生物传感器构建及其应用研究

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在发展中国家和地区,三聚氰胺有时会掺假加入到乳制品中以虚假提高其表观蛋白含量,长期食用含有三聚氰胺的乳制品严重危害机体健康。然而,尚未开发便携式传感器用于现场测定乳制品中的三聚氰胺。本研究基于移动中和界面(NB)和EDTA光催化原理,构建了一种基于距离的传感器并对其应用进行了初步研究。本文的具体研究内容分为以下几个部分:1.微流控直读芯片及传感器的构建利用PDMS材料设计并制作多通道微流控直读芯片,用于快速可视化的检测乳制品中的三聚氰胺。芯片有三个连接阳极室与阴极室的通道,可用于多通道同时测量,提高样品的分析速度,ET-NB传感器由芯片和便携式电源两部分组成,可以集成为手持式设备,方便在资源匮乏的地区,现场基于距离检测乳制品中三聚氰胺的含量,来保证食品安全,同时避免经济损失。2.EDTA光催化的ET-NB传感器模型从理论上提出了EDTA光催化的ET-NB传感器模型,从而为我们下一步的实验提供理论基础。ET-NB传感器的工作原理具体为:在芯片传感器中,在阳极孔中加入EDTA,H2O2和隐色孔雀绿(LMG),在UV光下,EDTA具有类似过氧化物酶活性,可以光催化H2O2氧化无色LMG为绿色孔雀石绿(MG)并且带有一个正电荷。当施加电场时,阳极孔中的MG迁移到通道中,并且与通道中的碱中和,产生无色的MG-OH和NB。如果将含有三聚氰胺的乳制品加入到EDTA-H2O2-LMG体系中,则H2O2会先与三聚氰胺发生反应,导致生成MG的减少。因此,乳制品中三聚氰胺含量越高,在给定时间内NB迁移的距离越短,便是基于距离直读的三聚氰胺传感器。3.ET-NB传感器检测三聚氰胺有效性的验证为了验证开发的ET-NB传感器可行性,首先,在微流控芯片的阳极室中LMG-H2O2-EDTA体系氧化产生的MG与阴极缓冲液所形成稳定,清晰的中和界面,且界面的位移距离与时间有着极好的线性关系。进一步,测量水溶液中的三聚氰胺标准品,结果表明界面的位移距离和三聚氰胺浓度的对数有着良好的的线性拟合曲线,且R2大于0.99。最后,由于乳制品高浓度的蛋白可以和抗坏血酸相互作用,开发的ET-NB传感器对抗坏血酸具有良好的抗干扰性。这不仅有效证明我们研究策略的正确性,可以把LMG-H2O2-EDTA氧化还原系统和中和界面电泳滴定结合来测量三聚氰胺的浓度,更有力显示了ET-NB传感器模型用于定量分析乳制品中三聚氰胺的可行性。4.ET-NB传感器在实际样品中的分析表现在本论文中,我们开发了一种简单的基于距离的分析方法,通过ET-NB传感器的界面位移距离可视化检测乳制品中的三聚氰胺含量。在实际样品的分析中,ET-NB传感器性能表现优异,其测定婴幼儿奶粉和牛奶三聚氰胺的检测限(LOD)值分别为0.1μM和0.2μM,比FDA规定的婴儿配方奶粉和牛奶的安全限值(8μM,20μM)低80和100倍;牛奶的定量加标回收率为87%-108%,婴幼儿配方奶为90%-107%。此外,“+”或“-”判断可以对乳制品的质量进行直观和快速的评估。ET-NB与EDTA光催化相结合的基于距离的直读芯片提供了用户友好的便携式传感器。由于其速度快(15 min),选择性好,操作方便,对实际样品中三聚氰胺及其他添加剂的定量分析具有很大的前景。
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