基于功能化磷光量子点检测β-内酰胺抗生素体系的构建及传感机理研究

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抗生素的大量使用对食品安全及生态环境造成影响是人们普遍关注的一个问题。环境样品、食物样品以及医药产品中抗生素的快速、便捷检测是控制抗生素残留造成的生物及环境风险的首要前提。在系统归纳现有抗生素检测方法技术并借鉴国内外新近文献报道的基础上,本论文基于锰掺杂硫化锌量子点的磷光性能,以提高检测过程的选择性和灵敏性为目标,以表面修饰为策略,分别合成了三巯基丙酸(MPA)、牛血清蛋白(BSA)和聚乙烯亚胺(PEI)修饰的三种功能化磷光量子点,尝试构建了光谱适用的三种β-内酰胺抗生素(头孢丙烯、羧苄西林、氨苄西林)的检测体系,并分析了其传感的主要机理。主要结果如下:(1)以水相法合成了MPA包裹的Mn掺杂ZnS量子点(MPA-Mn/ZnS QDs),对其形貌和光学性能进行了表征。基于MPA-Mn/ZnS QDs表面大量羧基与头孢丙烯(FP)分子上氨基之间发生光致电子转移(PET)使MPA-Mn/ZnS QDs的磷光发生动态猝灭。依据FP浓度(CFP)与MPA-Mn/ZnS QDs的室温磷光猝灭量(△RTP)的对应关系,构建了FP的室温磷光检测体系。该方法对FP的检测范围是2-16μmol/L,检出限为0.67μmol/L,对于人体尿液中常见离子及物质具有良好的抗干扰性能,可用于人体尿液中FP的检测。(2)选取MPA-Mn/ZnS QDs与BSA的最佳偶联比例,通过一步交联法在其MPA-Mn/ZnS QDs表面上修饰了牛血清蛋白(BSA),合成了牛血清蛋白功能化的Mn掺ZnS量子点(QDs-BSA)。基于羧苄西林(Car)对QDs-BSA室温磷光(RTP)的静态猝灭和内滤效应,在p H=7.4的中性环境中构建了一种简便灵敏的Car磷光检测体系。该方法对羧苄西林的检测范围是0-84μmol/L,检测限为0.26μmol/L,可以用于人体尿液实际样品中Car的检测。(3)以聚乙烯亚胺(PEI)为配体,合成了聚乙烯亚胺包覆的磷光量子点(PEI-Mn/ZnS QDs),对其物理形貌及光谱特性(光学性能)进行了详细的表征。基于PEI-Mn/ZnS QDs表面配体对氨苄西林(Amp)的选择性识别构建了Amp的检测体系,检测范围是0.04~180μmol/L,方法检出限(3σ)为0.013μmol/L。通过分子对接显示Amp与PEI-Mn/ZnS QDs的特异性识别方式为静电和氢键作用。该方法检测范围宽,检出限低,可以用于人体尿液和牛奶的实际样品检测。总之,研究了锰掺杂硫化锌量子点的形貌及光化学特性,基于其优越的磷光性能,通过对其表面进行不同功能分子的修饰,实现了头孢丙烯、羧苄西林和氨苄西林的检测,并分别研究了它们的传感机理。为β-内酰胺类抗生素的检测提供了新的的检测方法与理论依据,但实验中还存在一些不足,有待进一步改善提升。
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