快速检测黄曲霉毒素B1的光子晶体传感技术研究

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真菌毒素是真菌在食品中产生的次级代谢产物,食用受真菌毒素污染的食品严重危害人体健康,可导致免疫抑制和蛋白质合成受阻等,甚至可以致癌、致畸和致突变。近年来,主要依赖于大型仪器来检测真菌毒素,这些技术有高度灵敏、特异性强的优势。但是,这些检测方法由于仪器昂贵、需专业人员操作,且前处理步骤繁琐,因而给技术普及带来很大的困难,特别是现场检测。光子晶体在检测中具有响应信号自表达,无需额外试剂显色,操作简单等优势,是较理想的传感检测材料,尤其是在现场快速检测方面有巨大的潜力。本研究以光子晶体为传感平台,以真菌毒素(黄曲霉毒素B1(AFB1))作为检测目标物,与分子印迹和生物识别技术相结合,探索真菌毒素检测新方法,构建了黄曲霉毒素B1的简便、快速且灵敏的筛查技术。具体工作如下:(一)真菌毒素印迹的光子晶体传感技术研究。合成单分散、粒径均一的SiO2微球,并对合成条件进行优化,选取280 nm SiO2微球作为光子晶体前驱体,用垂直沉降自组装法制备蛋白石光子晶体。通过设计―三明治‖结构小腔室,利用分子印迹技术,制备了AFB1印迹的反蛋白石光子晶体(MIPP IOPC),用洗脱液将AFB1模板洗脱,获得带有印迹孔穴的聚合物。实验中探索了多种配比预聚合液制备的印迹光子晶体,用于检测目标物AFB1,结果均没有明显的响应信号。分析是由于AFB1在溶液中溶解度小,导致模板分子在聚合液中浓度太低,不能形成足够的印迹孔穴,从而未能产生明显的检测信号。之后采用较易溶解的5,7-二甲氧基香豆素(5,7-DMC)代替物(代替AFB1)制备印迹聚合物,以甲基丙烯酸(MAA)为单体,二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)为交联剂,制备了不同比例的印迹聚合物,有微弱的响应信号。因此,下步实验中研究新型光子晶体的制备,并对用于真菌毒素的检测可行性进行分析。(二)共组装法制备SiO2结构反蛋白石光子晶体传感技术研究。悬浮聚合法合成粒径约为280 nm聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球,在PMMA微球悬浮液中加入适量正硅酸乙酯(TEOS)溶液,以胶体/模板共组装方法制备了Si O2反蛋白石光子晶体材料。实验过程中对PMMA微球质量分数、PMMA微球悬浮液与TEOS溶液的比例及蒸发干燥温度进行了优化,在质量分数为0.3%的PMMA微球悬浮液10 m L中添加80μL TEOS溶液,放于60℃干燥箱中蒸发干燥48 h,制备出无裂缝的SiO2反蛋白石光子晶体。用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)在反蛋白石光子晶体上修饰氨基基团,再用戊二醛修饰醛基,将修饰了氨基的适配体与其互补DNA序列杂交,杂交后的适配体通过氨基与醛基反应连接到反蛋白石光子晶体上,最终获得连接适配体的反蛋白石光子晶体传感材料。用紫外可见分光光度计和圆二色光谱仪验证了适配体可以有效识别目标物AFB1。采用荧光检测方法验证了适配体的互补DNA可以被AFB1置换下来,能够用于检测。用光纤光谱仪研究了适配体光子晶体传感材料对AFB1的响应行为,发现此传感材料可用于快速检测AFB1,最低检测限低至1 pg/m L。此方法可以在反蛋白石光子晶体制备过程中避免裂缝的产生,防止非均匀渗透和过度覆盖,大大减少了随机缺陷,简化了制备步骤,结构稳定。此外,该功能化的光子晶体传感器还可以连接抗体、受体等识别元件来拓展此类传感器的应用范围,此方法制备的传感器具有高度灵敏、操作简便及应用范围广泛等优点,具有较好的应用前景。
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