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我国的农药残留状况比较严重,已经到了非控制不可的程度。对农药残留快速有效的监测,是减少、控制农药残留危害的有效手段。到目前为止,检测农药残留最有效、最可靠的方法仍是气相色谱和高效液相色谱技术,但它们更多地用在实验室来完成检测,并不适合进行现场速测。 生物传感器方法具有简单、方便、快捷等优点,它较多地结合流动注射分析技术,在农药残留速测领域日益得到关注。但常用的电化学生物传感器、测光生物传感器等易受实际试样的电化学物质和固有颜色等因素的干扰,应用于实践时存在局限。比较而言,量热式生物传感器具有通用性强,且不受试样颜色、浑浊、及电化学等属性的干扰,能够满足实际水果、蔬菜等食品的检测要求。另外,通过结合酶、抗体等可以极大地提高特异性。 本文的研究内容是国家自然科学基金项目“探测农药残留生物传感器热问题的研究”(50176032)和上海市农委的资助项目“新型农药残留检测生物传感器的研制”(2001Ⅱ-4)的部分工作。主要研究了流动注射量热式酶生物传感器的关键技术,并将研制的流动注射量热式酶生物传感器应用到农药的检测,对于防止大剂量农药急性中毒的发生,具有重大的现实意义。 1.本文建立了基于流动注射分析的新型量热式酶生物传感器 本文解决了已有量热式酶生物传感器的进样系统、小温差测量元件、流动注射分析系统和处理软件等方面存在的问题,研制了新型量热式酶生物传感器。它基于流动注射分析技术,具有较高的灵敏度。并且,其稳定性和自动化程度也得到了提高。 2.本文研究了固定化鸡肝脂酶的温度特性,并通过微胶囊化优化了固定化鸡肝脂酶的稳定性 实验结果表明,固定化鸡肝脂酶的活力与温度存在密切关系,在55℃左右时反应速度最快;一定温度下,固定化鸡肝脂酶受农药敌敌畏的抑制作用随浓度变化明显;一定浓度的农药敌敌畏对酶的抑制程度随温度的变化不剧烈,在50℃左右时抑制程度较大。 使用质量比0.2%的海藻酸钠和0.1 mol/L的氯化钙溶液进行微胶囊化并静置30分钟时,固定化鸡肝脂酶的操作稳定性得到了明显提高。 质量比为0.3%的海藻酸钠和0.4 mol/L的氯化钙溶液进行微胶囊化的条件下,提高了固定化鸡肝脂酶恒温下的热稳定性。30℃时,24h后的酶活保留率提高了22%,并且在较长时间内保持平稳的酶活力。 3.本文使用酶量热计考察了鸡肝脂酶的水解反应热 研制了用于常规测试的简单酶量热计,结构上采用热导式量热计,并可工作在流动和非流动模式。测试得到,它的灵敏度为175 mV/W,时间常数为53 s。在pH6.4,0.025mol/L的柠檬酸缓冲液反应体系下,利用简单酶量热计得到鸡肝脂酶的水解反应焓变为19 kJ/mol,敌敌畏农药的抑制速度常数为1706.5 M-1min-1。同时,使用TAM Air微量热计进一步验证了简单酶量热计的结果。 4.本文应用新型量热式酶生物传感器进行了农药敌敌畏检测的实验研究实验结果表明,使用盘管式小温差测量元件时,1 mg/L和10 mg/L农药敌敌畏的相对抑制率分别为30%和42%;使用液腔式小温差测量元件时,1 mg/L和10 mg/L农药敌敌畏的相对抑制率分别为36%和50%。 分析得到,新型量热式酶生物传感器可以用于较大剂量农药残留的快速检测,预防急性农药中毒的发生。 5.本文提出了微型反应器中自动更新固定化酶的新方案 新方案可以自动完成固定化酶的更新,能够节省时间,提高系统的自动化水平和测试精度,并且结构简单、易于制作和推广。