基于核酸适配体的电化学及光电化学传感器在阿特拉津检测中的应用研究

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阿特拉津(ATZ)是一种在世界范围内广泛使用的农药,曾被认为是绿色安全的,但近几年的研究表明,ATZ是一种内分泌干扰物,对人的生殖系统、内分泌系统、中枢神经系统和免疫系统均有不良的影响。由于ATZ分子结构稳定、作用持久、易流动、不易降解,在土壤,地表水和农产品中均有残留。在欧盟许多国家的饮用水中不断检测出ATZ的残留,且已经达到危害人体健康的水平。因此,开发快速、可靠的方法实现对ATZ的准确检测对人体健康和环境保护具有重要的意义。在众多的分析方法中电化学及光电化学(PEC)生物分析技术,由于其设备简单、响应快、成本低、灵敏度高等优势,受到了广大研究者的青睐。而其中以核酸适配体(aptamer)作为识别元件的电化学及光电化学生物分析方法具有选择性好、抗干扰能力强、稳定性好等优点。由此,本论文将高灵敏的电化学及光电化学分析方法与对ATZ具有特异性识别能力的核酸适配体结合,构筑了不同的生物传感平台用于对ATZ实现高灵敏,选择性检测。本论文包括以下研究内容:(1)基于镍铁氰纳米粒子和还原氧化石墨烯纳米材料构筑的免标记电化学适配体传感器对阿特拉津的检测采用循环伏安技术(CV)将修饰在玻碳(GCE)电极上的氧化石墨烯(GO)还原得到电化学还原氧化石墨烯(ERGO)。ERGO具有优异的导电性和大的比表面,可以提高分析方法的灵敏度。通过电化学沉积技术将镍铁氰纳米颗粒(NiHCF NPs)引入电极,作为信号探针,该探针具有好的峰型和稳定性。然后,采用CV将金纳米颗粒(Au NPs)沉积在NiHCF NPs/ERGO表面以固定适配体,同时,可进一步提高信号探针的稳定性和基底电极的导电性。由此,成功地构筑了一种基于NiHCF NPs和ERGO纳米材料的免标记电化学适配体传感器用于对ATZ的测定。在目标分析物ATZ存在时,适配体捕获ATZ在传感界面形成ATZ-适配体复合物,阻碍了NiHCF NPs探针的电子转移,导致电化学信号降低。通过测量信号变化可以定量检测ATZ。设计的传感器对ATZ的检测具有高的灵敏度,其线性范围为0.25250 pM,最低检出限为0.1 pM。并且在不同的干扰物存在下,该适配体传感器对ATZ也表现出较好的专一性。同时,它可成功地用于评估实际样品中ATZ的含量。(2)基于金纳米粒子-二硫化钼量子点-TiO2纳米复合材料构筑的光电化学适配体传感器对阿特拉津的检测通过阳极化法在钛基上制备获得直立有序的二氧化化钛纳米管(TiO2 NTs),TiO2 NTs具有很好的稳定性和生物相容性,但是TiO2 NTs固有的带隙限制了其对可见光的吸收,而且电子与空穴的快速复合,降低了其量子产率。通过水热法合成的二硫化钼量子点(MoS2 QDs)量子点具有窄的带隙,对可见光有较好的吸收。将MoS2 QDs与TiO2 NTs复合后得到MoS2 QDs/TiO2 NTs复合物,该复合物可促进电子与空穴的快速分离,增加光催化活性。随后,通过恒电位沉积技术将Au NPs沉积在MoS2 QDs/TiO2 NTs表面,通过Au-S将末端修饰巯基的适配体固定在复合材料表面,制备了基于Au NPs/MoS2 QDs/TiO2 NTs纳米复合材料的光电化学适配体传感器。当分析物ATZ存在时,适配体将ATZ捕获到传感界面,形成ATZ-适配体复合物,阻碍了电子牺牲剂抗坏血酸(AA)扩散到传感界面捕获光生空穴的能力,使光电流信号降低。基于以上,实现对ATZ的检测,线性范围为2.5500 pM,最低检出限为1.0pM。该光电化学适配体传感器可成功的用于评估实际水样中ATZ的含量,有望成为检测环境中ATZ含量的一种重要方法。(3)基于碘氧铋-TiO2纳米复合材料构筑的光电化学适配体传感器对阿特拉津的检测通过阳极化法在钛基上生长均匀直立的TiO2 NTs,利用水热法将碘氧铋(BiOI)负载在TiO2 NTs上,形成p-n异质结构,BiOI和TiO2 NTs具有匹配的带隙宽度,形成的复合材料增加了对可见光的吸收,促进了电子与空穴的分离。利用壳聚糖-戊二醛作为交联剂通过交联耦合作用将末端修饰氨基的适配体固定在BiOI/TiO2 NTs上,制备得到了基于碘氧铋-TiO2纳米复合材料构筑的光电化学适配体传感器。在目标分析物ATZ存在时,适配体捕获ATZ,在传感界面形成ATZ-适配体复合物,导致光电流信号降低。该传感器对ATZ具有优异的分析性能,线性范围为1.0600 pM,最低检出限为0.5 pM。且该光电适配体传感器对ATZ具有较好的选择性,在复杂的环境体系中具有强的抗干扰能力,成功地用于环境实际样品中ATZ含量的分析。
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