基于核酸适配体和图像分析的农药污染检测研究

来源 :安庆师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kxl_cqmu
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核酸适配体是由指数富集技术在体外对适配体进行系统分离,能够特异性识别靶标分子的寡聚核苷酸片段。适配体对靶标分子具有良好的亲和力和识别力,主要通过静电作用、氢键、范德华力的协同作用以及疏水相互作用,折叠成特定的三维结构,如假环、凸环、发卡、G-四链体,在空间上与靶标特异性结合,从而与靶标高特异性高亲合力结合。随着纳米技术和分析方法的快速发展,出现了大量专门用于检测农药残留的适配体传感器,与基于抗体的免疫传感器和基于酶的通用农药残留检测生物传感器相比,适配体传感器具有更好的特异性和灵敏度、更高的稳定性、更灵活、更易于人工合成以及更长的保质期。本文提出了基于核酸适配体和图像分析软件的啶虫脒、马拉硫磷、多菌灵检测原理与方法,具体研究内容如下:(1)基于核酸适配体变构的啶虫脒现场检测方法:啶虫脒作为一种最有效的氯化烟碱类杀虫剂,对昆虫突触后烟碱受体起刺激作用,广泛应用于防范农产品病虫害。由于其频繁和广泛的使用,在土壤中释放的残留物或在水和农产品中积累的残留物可能对人类健康造成潜在的风险。但是,现在对于啶虫脒检测的方法大多使用昂贵的仪器,且无法进行现场检测。因此,我们设计了一种适用于啶虫脒检测的DNAzyme序列,其结构由两端两个G-四联体序列和中间啶虫脒特异性适配体序列组成。利用啶虫脒能与DNAzyme特异性结合,DNAzyme的G-四联体结构被破坏导致DNAzyme的催化性能降低。进而ABTS2-被H2O2氧化成绿色的ABTS-浓度降低,溶液颜色变浅吸光值降低的原理来检测啶虫脒。利用智能手机内置摄像头,分析检测溶液中适配体探针的绿色信号,通过Image J软件进行智能分析。通过这种方式,可以在没有复杂仪器的情况下检测啶虫脒,满足资源受限环境的测试需求。该方法具有操作便捷、成本低的特点。(2)马拉硫磷是一种广谱杀虫剂,用于控制农业和居民环境中的各种昆虫。马拉硫磷用于粮食作物、动物饲料,以及在农业生产中去除棉铃象鼻虫和果蝇。这种杀虫剂的广泛应用已导致饮用水的严重污染,由于它在土壤和水中的浓度远远超过其允许值,对人类造成了严重的健康问题。常规的检测方法需要复杂的处理过程、检测时间长、成本高且需要大型仪器。因此,我们提出了一种利用图像分析软件检测马拉硫磷的适配体生物传感器。在添加正电荷电解质PDDA时,适配体由于其主链带负电荷而与之结合。然而,当存在特定于适配体的农药杀虫剂时,适配体与杀虫剂结合,电解质保持自由状态,导致金纳米颗粒聚集,使颜色从红色变为紫蓝色。在合适的条件下,溶液的吸光值与靶标马拉硫磷的浓度成正相关,通过Image J软件分析样本的图像发现通过测量颜色综合密度,可以将其与目标浓度联系起来。因此通过测量溶液体系的吸光值就可以实现对马拉硫磷的定性和定量检测。(3)多菌灵作为一种重要的苯并咪唑杀菌剂,在农业中广泛应用,可保护多种作物免受病原感染。然而,鉴于这种化合物在植物中的积累,多菌灵在农业上的广泛使用对人类健康是一个严重的问题。因为它包含一个苯并咪唑环,所以多菌灵是高度稳定的。这一特性导致多菌灵长期滞留在土壤、水和作物中。常规的检测方法需要复杂的处理过程、检测时间长、成本高且需要大型仪器。因此,我们使用Au NPs和多菌灵特异性适配体组装了一个检测平台。多菌灵特异性适配体对AuNPs的有效保护大大增强了纳米颗粒在高盐浓度溶液中的稳定性。然而,一旦多菌灵与其适配体结合,适配体对AuNP的保护作用就消失了,在高盐浓度溶液中导致AuNPs聚集。基于这一机制,基于AuNPs溶液颜色变化分析平台可以通过监测颜色化来确定多菌灵浓度,从而实现多菌灵的定量检测。
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