用于谷物中黄曲霉毒素B1检测的比色传感器研究

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黄曲霉毒素B1(Aflatoxins B1,AFB1)是一类主要由黄曲霉菌和寄生曲霉菌产生的黄曲霉毒素中分布最广泛、毒性最强和污染水平最高的一种毒素,是世界卫生组织公认的IA类致癌物,严重危害人类安全。目前AFB1的传统检测方法如质谱法存在操作难度大、检测成本高、需要经过专业培训、无法现场快速检测的问题。为了克服上述方法的弱点,目前已经开发出许多快速检测方法,其中免疫测定中的酶联免疫吸附法(Enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)因其高通量、良好的特异性、稳健性和易于自动化而成为应用最广泛的免疫测定技术,但是ELISA法存在比色信号弱、显色底物选择局限性大以及信号标记物不稳定的问题,这限制了它的进一步应用。因此,本论文构建了三种新颖、简单、快速、灵敏的比色传感器来改善ELISA法存在的上述问题,并将其用于谷物中AFB1的痕量检测。为了解决AFB1ELISA检测方法中比色信号弱的问题,开发了一种基于葡萄糖氧化酶(GOx)/兔抗小鼠免疫球蛋白G标记的金纳米粒子的简单、灵敏和特异性比色免疫测定对AFB1污染的定量检测方法。在该策略中,以GOx催化辅助的Fe3+和Fe(CN)63-系统生成的普鲁士蓝(Prussian blue,PB)作为比色探针,在GOx的催化下,葡萄糖氧化产生的H2O2将Fe3+还原为Fe2+,导致溶液颜色由黄色变为蓝色。此外,随着AFB1浓度的增加,706 nm处的吸光度从0.5至5 ng/m L逐渐线性下降,检测限(Limit of detection,LOD)为350 pg/m L。此外,在大米粉加标样品中达到了可接受的回收率(87.60%-106.00%)。使用商业化AFB1ELISA试剂盒与所提出方法的检测结果进行比较验证,两者检测结果一致,证明了所提出的比色策略具有一定的准确性和实用性。为了解决AFB1ELISA检测法显色底物可选择性小、显色底物对环境不友好的问题,本文选择了安全无毒的姜黄素为显色底物建立了以姜黄素为比率探针的间接竞争ELISA法检测谷物中的AFB1。该测定基于脲酶将底物尿素水解生成氨,氨分子诱导溶液p H值增加,姜黄素中的酚羟基在碱性条件下电离成酚氧负离子,增强了姜黄素的电子供给和吸收协同作用。结果,姜黄素的颜色由黄色变为红棕色,呈现视觉可见的颜色变化。姜黄素的吸收光谱随着Δ550/Δ428强度比的变化而不断红移。在最佳条件下,吸光度比(Δ550/Δ428)在0.01-5 ng/m L范围内随AFB1浓度的增加呈线性下降,LOD为10 pg/m L。AFB1在大米粉和小麦粉样品中的回收率分别为86.00%-110.00%和96.00%-113.00%。使用商业化AFB1ELISA试剂盒与所提出方法的检测结果进行比较验证,两者检测结果一致,证明了所提出的比色策略具有一定的准确性和实用性。为解决AFB1快速检测方法中信号标记物稳定性差的问题,建立基于金属有机骨架的酶联免疫法检测大米粉中AFB1。采用仿生矿化方法将辣根过氧化物酶(Horseradish peroxidase,HRP)封装在沸石咪唑骨架结构材料(Zeolite imidazole frameworks-8,ZIF-8)中,在HRP@ZIF-8表面修饰多巴胺(dopamine,DA)形成聚多巴胺(Polydopamine,PDA)层。以ZIF-8作为模板制备了具有丰富π电子的HRP@ZIF-8/PDA复合物与免疫球蛋白G(Immunoglobulin G,IgG)偶联,合成信号标记物HRP@ZIF-8/PDA/IgG。利用该复合物催化3,3’5,5’-四甲基联苯胺(3,3’5,5’-tetramethylbenzidine,TMB)显色。发现HRP@ZIF-8复合材料在碱性条件、高温等极端条件下能保持稳定的催化活性。在此基础上建立间接竞争免疫比色法检测AFB1,通过肉眼可直接分辨含有AFB1样品。在最佳条件下,随着AFB1浓度的增加,吸光度在0.01-20 ng/m L内递减,具有明显的线性关系,LOD为72 pg/m L,同时精密度和特异性都达到可接受的水平,AFB1在大米粉和小麦粉中的添加回收率分别在96.00%-105.00%、82.00%-110.00%之间,相对标准偏差均小于5%。使用商业化AFB1ELISA试剂盒与所提出方法的检测结果进行比较验证,两者检测结果一致,证明了所提出的比色策略具有一定的准确性和实用性。本论文构建的三种新型快速检测方法分别从比色信号放大、选择无毒无害、环境友好型的姜黄素作为显色底物、增强信号标记物的稳定性方面设计比色方法,实现了AFB1的高效检测和更宽的检测范围,拓宽了其在分离和临床诊断等方面的应用研究,构建的三种快速、简单、低耗和高选择性的检测方法为谷物安全中AFB1的分析提供了新的技术支持和研究前景。
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