功能化纳米材料的制备及其在四环素分离与检测中的应用

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四环素(Tetracycline,TC)是一种广谱抗生素,广泛应用于细菌感染疾病的预防和治疗以及禽畜的促进生长。TC的滥用导致了动物源性食品的抗生素残留,从而引发严重的食品安全问题,对人类健康造成威胁,如引发过敏反应、肝损伤、慢性中毒等疾病。国家标准中规定牛奶等食品中TC的最大残留限量(Maximum residue limit,MRL)为100μg/kg。目前食品中TC的检测方法有液相色谱-质谱法(Liquid chromatography-mass spectrometry,LC-MS)、酶联免疫法、电化学分析法和光谱法等,但这些方法存在步骤繁琐、耗时长、仪器昂贵等缺点。因此,开发灵敏、快速检测TC的方法十分有必要。本文以功能化纳米材料为原料,采用了磁分离技术与表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)技术,构建了高选择性、高灵敏度的分离与检测平台,实现了TC的快速分离与检测。主要研究内容如下:1、功能化纳米磁珠的制备及其在TC分离中的应用通过水热法合成Fe3O4纳米磁珠,利用聚乙烯吡咯烷酮在Fe3O4纳米磁珠表面还原硝酸银合成Ag/Fe3O4纳米磁珠,并通过Ag-S键在Ag/Fe3O4纳米磁珠表面修饰巯基化适体-1(Apt-1),成功制备Apt-1/Ag/Fe3O4功能化纳米磁珠。利用适体碱基互补配对原则,Apt-1/Ag/Fe3O4功能化纳米磁珠可以特异性吸附和分离TC。通过透射电镜(Transmission electron microscopy,TEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、倒置荧光显微镜及振动样品磁强计(Vibrating sample magnetometer,VSM)对Apt-1/Ag/Fe3O4功能化纳米磁珠进行了表征,研究结果表明,银和Apt-1成功修饰于Fe3O4功能化纳米磁珠,且Apt-1/Ag/Fe3O4功能化纳米磁珠(直径约650 nm)呈现良好的磁性。通过优化条件实验探讨了Apt-1/Ag/Fe3O4功能化纳米磁珠的吸附性能,以及通过加标回收试验评估了Apt-1/Ag/Fe3O4功能化纳米磁珠吸附牛奶中TC的可行性。结果表明,最佳测定条件下(纳米磁珠浓度3.0 mg/m L、吸附温度80℃、吸附时间1 h),Apt-1/Ag/Fe3O4功能化纳米磁珠吸附TC的吸附量高达705.6mg/g,相较于Fe3O4纳米磁珠(150.0 mg/g)和Ag/Fe3O4纳米磁珠(150.0 mg/g),Apt-1/Ag/Fe3O4功能化纳米磁珠特异性吸附能力强,显著提高了吸附性能。利用Apt-1/Ag/Fe3O4功能化纳米磁珠高效分离牛奶样品中TC,回收率为97.9%-103.7%。另外,利用Eco RI限制性内切酶特异性脱附Apt-1/Ag/Fe3O4功能化纳米磁珠表面的TC(脱附率为93.0%-94.7%),实现了TC的分离和功能化纳米磁珠的回收利用。2、多孔纳米通道SERS基底的制备及其在TC检测中的应用通过二次阳极氧化法制备了多孔氧化铝(Anodic aluminum oxide,AAO)膜,并对AAO膜进行了硅烷化处理以及在AAO膜上通过酰胺键的作用特异性修饰氨基化TC适体-2(Apt-2)。利用Ag-S键键合银纳米粒子(Ag NPs)、适体互补序列适体-3(Apt-3)及拉曼分子对氨基苯硫酚(4-Aminothiophenol,4-ATP)制备4-ATP/Apt-3/Ag NPs。通过适体碱基互补配对原则,4-ATP/Apt-3/Ag NPs特异性识别了Apt-2,并制备了4-ATP/Apt-3/Ag NPs/Apt-2/AAO功能化SERS传感器,该传感器具有较强的4-ATP的SERS信号。利用TC与Apt-3竞争AAO膜上的Apt-2,引起Ag NPs从AAO膜上脱落,导致4-ATP拉曼信号强度减弱,基于以上原理实现TC的分析检测。通过浓度梯度试验和四种抗生素特异性试验探究传感器的检测性能和特异性,评估了传感器检测食品中TC的灵敏度和可行性。结果表明,该传感器检测范围为0.1 pg/m L-20 ng/m L,检测线性曲线相关系数为0.99,检测限为0.08 pg/m L,并表现出了良好的特异性、稳定性和重复性。通过电化学富集技术探究了多孔纳米通道的富集性能,传感器识别时间缩短至1 min,在检测范围1 fg/m L-5 ng/m L内,线性曲线相关系数为0.99,检测限可低至1 fg/m L,显著提高了传感器的灵敏度。加标回收实验证实了该传感器可用于牛奶和虾肉中TC的高灵敏度检测且回收率在93.0%-99.5%。
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