基于纳米金锥生长检测两种农药和功能化DNA多色传感器

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liufengsheng
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金纳米颗粒因其具有独特的光学性质、良好的生物相容性和优良的催化活性等特点,已被广泛应用于生化传感、光电催化、生物成像和医药开发等多个研究领域。其中,纳米金锥(Gold Nanobipyramids,Au NBPs)作为一种性质优良的光学探针,具有单分散性好、等离子体线宽窄和局域电场增强高等特点,现已被应用于构建多色比色传感器。本论文通过研究Au NBPs的生长,分别以除草剂2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-Dichlorophenoxyacetic Acid,2,4-D)、杀菌剂福美锌(Ziram)和功能化DNA为检测目标,构建了三种多色比色传感器。主要研究内容如下:(1)我们建立了一种便携式色度计量化纸基分析装置(Paper-based Analytical Device,PAD)上Au NBPs颜色变化的分析方法,并结合2,4-D特异性抑制碱性磷酸酶(Alkaline Phosphatase,ALP)活性的酶抑制法,构建了一种基于Au NBPs生长法定量检测2,4-D的纸基多色传感器。具体内容如下:首先,通过2,4-D特异性地抑制ALP的活性,从而抑制酶解产物抗坏血酸(Ascorbic Acid,AA)的生成。生成的AA被用于调节Au NBPs的生长,导致生成的Au NBPs呈现多色变化。接着,我们制作了一种用于沉积和富集Au NBPs的PAD,以提高多色传感器的颜色稳定性、颜色分辨率和检测灵敏度。最后,通过便携式色度计测量PAD上Au NBPs的颜色参数(a*和b*),来实现现场定量分析2,4-D浓度。在最优条件下,所构建的传感器可显示出7种与2,4-D浓度相关的颜色变化,通过肉眼观察可检测低至50 ng/m L的2,4-D,通过色度计可检测低至18 ng/m L的2,4-D。该方法成功地用于大米和苹果样品中2,4-D的检测,回收率为91.8-111.0%,相对标准偏差(n=3)<5%。本研究的成功为2,4-D的现场定量检测提供了一种多色传感器,也为这类基于Au NBPs的多色传感器提供了一种低成本、高灵敏度、高通量、便携和通用的定量方法。(2)Ziram作为杀菌剂被广泛应用在各种作物的生长、储存和运输过程中。食品中的Ziram残留将危害人体健康。本章中,我们研究发现Ziram的二硫代羧酸基团(-CSSH)能够有效地阻碍Au NBPs的正常生长,并由此开发了一种快速筛查Ziram的多色传感器。具体内容如下:当溶液中没有Ziram存在时,Au(III)经8-羟基喹啉(8-Hydroxyquinoline,8-HQ)还原得到的Au(0)能够有序地沉积在Au NBPs种子上,形成标准形态的Au NBPs;而当溶液中存在Ziram时,Ziram的-CSSH与金种可以形成Au-S键,从而阻碍了Au(0)在Au NBPs种子上的有序沉积。随着Ziram浓度的增加,生长得到的Au NBPs从标准正双五棱锥状逐渐变为双截锥体状、水滴状和不规则球体状,其纵向局域表面等离子体共振(Longitudinal Localized Surface Plasmon Resonance,LLSPR)峰(λLLSPR)随之发生蓝移,并相应的伴随着多种颜色变化。在最佳实验条件下,该多色传感器可在10 min内呈现8种与Ziram浓度相关的颜色变化,通过肉眼可观察低至20n M的Ziram,仪器的检测限为5 n M。该方法成功地用于筛查水样(自来水和河水,水溶剂)和茶叶样品中的Ziram残留,回收率为95%-113%,相对标准偏差(n=5)<4%。其结果与液相质谱法的检测结果一致,验证了该传感器具有良好的检测精度。该传感器不仅具有鲜明的多色变化,而且具有较低的检测限以及良好的特异性和抗干扰能力,为现场快速筛查Ziram残留提供了一个有效的、可供参考的分析方法。(3)功能化DNA常作生物传感器的信号输出元件,但目前功能化DNA无法直接用于调控Au NBPs的生长。本章中,我们建立了一种DNA修饰-CSSH的方法,并由此构建了一种基于DNA-CSSH阻碍Au NBPs生长的纸基多色方法,以期为多色生物传感器的构建提供一种简单且普适的方法。具体内容如下:首先,将末端修饰有氨基的DNA与CS2在碱性条件下反应合成DNA-CSSH。其次,通过考察DNA-CSSH对Au NBPs生长的影响,证明DNA-CSSH能使生长得到的Au NBPs的LLSPR峰发生蓝移,进而改变Au NBPs在PAD上的颜色。在最优条件下,在PAD上的Au NBPs可呈现出8种与DNA-CSSH浓度相关的颜色变化。同时,DNA-CSSH浓度在25至500 n M范围内与ΔλLLSPR具有良好的线性相关性,视觉检测限为50 n M,利用紫外-可见分光光度法的检测限为6 n M。该方法的成功为比色生物传感器提供了一种构建思路。
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