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农业工程学报 2022年第5期38卷 259-268页

作者：朱成喜刘东李玉叶陈婷由天艳江苏大学农业工程学院镇江212013 江苏理工学院电气信息工程学院常州213001

真菌毒素广泛存在于霉变农产品中,具有致癌、致畸、致突变等危害,受其污染的农产品已被世界卫生组织列为食源性疾病的主要来源,但农产品中真菌毒素检测存在基质复杂、灵敏度要求高等难题。电化学传感技术操作简单、成本低、灵敏度高以... 详细信息

真菌毒素广泛存在于霉变农产品中,具有致癌、致畸、致突变等危害,受其污染的农产品已被世界卫生组织列为食源性疾病的主要来源,但农产品中真菌毒素检测存在基质复杂、灵敏度要求高等难题。电化学传感技术操作简单、成本低、灵敏度高以及分析速度快,在农产品真菌毒素检测中应用广泛,而将比率策略与电化学传感结合发展的比率电化学传感技术可以进一步提高传感器在复杂环境中的分析准确度和可靠性。该研究主要从直接传感、免疫传感、DNA传感及适配体传感等4个方面综述了近3年来(2018-2021年)比率电化学传感技术的研究进展,系统讨论了它们的信号产生策略、传感机理及其在农产品真菌毒素检测方面的应用,总结了不同传感模式中所用识别元件、传感材料、实际样品及检测真菌毒素的分析性能,并讨论了不同传感模式的优缺点。最后,分析了比率电化学传感技术在农业传感领域的瓶颈问题,如识别元件的开发,多种真菌毒素的同时检测,农产品的现场、实时检测等,指出开发便携式设备实现不同真菌毒素的现场、同时、快速检测是本领域的重要发展方向,以期为农产品中真菌毒素高效检测技术提供参考。

关键词：农产品电化学传感器比率策略识别元件真菌毒素

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果蔬中有机磷农药的比率型电化学传感器检测研究

果蔬中有机磷农药的比率型电化学传感器检测研究

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作者：苏小雨江苏大学

学位级别：硕士

果蔬作为我国重要的农产品,对农村经济发展、农民增收起着积极的推动作用。然而,近年来农产品农药残留问题严重制约了我国果蔬产业发展。因此,建立果蔬中农残的检测方法,对整个果蔬产业以及人类发展极为重要。电化学传感器以成本低廉、... 详细信息

果蔬作为我国重要的农产品,对农村经济发展、农民增收起着积极的推动作用。然而,近年来农产品农药残留问题严重制约了我国果蔬产业发展。因此,建立果蔬中农残的检测方法,对整个果蔬产业以及人类发展极为重要。电化学传感器以成本低廉、检测准确、响应快速的优点,在农残检测领域展现出广阔的应用前景。本研究基于比率策略构建电化学传感器,并以免疫传感技术、电场驱动设备和分子印迹技术为出发点,分别实现果蔬中常见的有机磷农药:辛硫磷、甲基对硫磷和草甘膦的特异性检测。具体内容从以下三个部分展开:（1）以DNA四面体为高性能参比信号载体的比率型电化学传感器用于蔬菜中辛硫磷检测提出了一种基于DNA四面体纳米结构（DTNS）的比率电化学传感器,用于测定蔬菜中的辛硫磷（PHO）。DTNS能自发地连接在金纳米粒子修饰的电极上,形成稳定的三维结构,为内部参比信号亚甲基蓝（MB）提供大量的结合位点。单克隆抗体（m-Ab）垂直的连接在DTNS顶点上,并选择性响应抗原PHO,促进I的靶信号。因此,目标信号(I)和参比信号(I)合理的建立了一个比值读数,即I/I。比率信号在重复性和长时间稳定性方面都优于单信号系统。所制备的传感器线性范围为0.1～30 ng/m L,检出限为0.003 ng/m L。最后,采用实际蔬菜样品、高效液相色谱（HPLC）和回收率试验对所提出的方法进行了验证,其相对误差小于5.13%。（2）基于MXene-Au的竞争性双电场驱动比率传感器用于蔬菜中甲基对硫磷检测提出了一种高兼容丝网印刷电极上的双电场驱动的甲基对硫磷（PTM）免疫传感器。MXene-Au是金纳米颗粒在MXene上原位生长的产物,为PTM抗原（ATG）和亚甲基蓝（MB）提供了大量的结合位点。在传感过程中,MXene-Au-MB-ATG探针竞争性地结合PTM抗体,构成一个比率型免疫系统。利用互补波形的直流偏置提供正弦激励,电极上的电场提高了PTM、探针和抗体之间的免疫反应。电场分布通过修整旁路电阻进行调整,以追求最佳性能。该方法消耗的免疫时间较少,同时提供比其他方法更强的比率信号。PTM浓度与传感器读数在0.02～38 ng/m L范围内呈对数线性关系,检出限为0.01 ng/m L。最后,将该方法应用于实验室和自然的PTM分析,结果与HPLC试验一致,相对误差为4.0～6.1%。（3）基于金属离子再氧化的间接比率型分子印迹传感器用于水果中草甘膦检测提出了一种低成本和高灵敏度的分子印迹粒子（MIP）电化学传感器,用于间接检测水果中的草甘膦（GLY）。将具有高度协同作用的碳纳米管（MWCTNs）和金纳米粒子（Au NPs）修饰在玻碳电极表面,并印迹有参比信号（MB）和模板分子GLY的MIP,形成MIP/MWCTNs-Au/GCE。GLY可与金属离子配位形成络合物,利用差分脉冲伏安法对金属离子富集后再氧化,此时金属离子可作为MIP信号探针,利用比率信号I/I作为定量测定GLY的指标。在最佳条件下,传感器对GLY在1.23～400 ng/m L内具有较高的灵敏度,检出限为0.24 ng/m L。在选择性和长期稳定性探究中,传感器表现良好,最后将其用于真实水果样品中GLY的检测。此外,传感器的读数与HPLC一致,相对误差为3.4%～6.7%。本研究设计与开发的比率型电化学传感器成功用于果蔬中有机磷农药的检测,对后续的食品与农产品中农药残留的检测研究有借鉴意义。

关键词：有机磷农药比率策略电化学传感器果蔬

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Aβ寡聚体电化学生物传感体系的构建及应用研究

Aβ寡聚体电化学生物传感体系的构建及应用研究

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作者：任美贤河北科技大学

学位级别：硕士

随着全球老龄化的加剧,阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)已经成为加速衰老的主要病症,影响了老年人的健康和生活,因此阐明其发展过程中的生物标志物对指导其治疗和愈后具有重要意义。β-淀粉样蛋白(Amyloid-protein,Aβ)是阿尔茨... 详细信息

随着全球老龄化的加剧,阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)已经成为加速衰老的主要病症,影响了老年人的健康和生活,因此阐明其发展过程中的生物标志物对指导其治疗和愈后具有重要意义。β-淀粉样蛋白(Amyloid-protein,Aβ)是阿尔茨海默症的一种生物标志物,研究发现,定量检测Aβ对AD的早期诊断以及筛查是十分必要的。Aβ在形成过程中有三种形态,研究表明,在聚集过程中形成的Aβ寡聚体(Aβ-oligomer,AβO)是最具毒性的,能够明显抑制神经元的活性。本文采用电化学与生物传感技术,实现对AβO的灵敏特异分析。主要构建了两种类型的电化学传感器来定量检测AβO,并借助纳米材料,大大提高了传感器的灵敏度,在微量检测方面有突出优势,便于提前诊断周期,提早治疗,为实际样品检测提供了可行性。(1)首先将金纳米颗粒沉积到电极表面,通过Au-S键与抗体结合,然后用牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin,BSA)封堵,防止在电极上发生非特异性吸附,最后利用抗原抗体之间的特异性结合,孵育AβO,成功制备了特异性检测AβO的电化学生物传感器。在这里以铁氰化钾作为电化学信号,通过方波伏安法探究电流信号与不同浓度AβO之间的线性关系。借助一系列电化学行为来验证电化学传感器的性能表现,在本研究中所制备的传感器表现出良好的电化学性能,检出限为14.72 p M,线性范围为1-800 n M,同时在抗干扰以及稳定性等方面均有不错的表现。(2)为了改善传统的单信号传感器的缺点,在上一个工作的基础上构建了一个比率电化学传感器,来实现对AβO的特异性检测,Pr P@Fc-COF复合材料的引入使得传感器灵敏度大大提高。在这里Pr P@Fc-COF复合材料有两个用途:一是利用共价有机框架(Covalent Organic Frameworks,COFs)的高比表面积特性可大大提高蛋白在电极上的负载量;二是利用氨基和羧基进行缩合反应,引入二茂铁作为另一个电信号。本工作合成了氨基化COFs,利用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳化二亚胺盐酸盐(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide,EDC)和N-羟基丁二酰亚胺(N-hydroxysuccinimide,NHS)活化羧基,使羧基二茂铁与COF-NH结合,负载了二茂铁信号,用铁氰化钾和二茂铁这对双信号来构建比例电化学传感器,又利用朊蛋白(Prion Protein,Pr P)与AβO的特异性识别作用,以及抗体与AβO的相互作用,构建了一个夹心式比率传感器。结果表明,比率策略的引入,使得本工作构建的传感器相较于其他工作具有更高的灵敏度、更高的准确度以及更低的检出限,性能也更加稳定,可达到检出限0.3 p M,检测范围为0.001-500 nM。

关键词：共价有机框架 Aβ寡聚体阿尔茨海默症比率策略电化学传感器

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果蔬中吡虫啉农药的比率型伏安法检测研究

果蔬中吡虫啉农药的比率型伏安法检测研究

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作者：刘超江苏大学

学位级别：硕士

吡虫啉(Imidacloprid,IMI)是一种新烟碱类农药,通过与乙酰胆碱受体竞争性结合,能够有效干扰害虫中枢神经系统中的刺激传递,具有杀虫谱广和水稳定性高等优点,因此在水果、蔬菜生产中得到了广泛应用。然而,伴随着IMI应用,出现了IMI残留问... 详细信息

吡虫啉(Imidacloprid,IMI)是一种新烟碱类农药,通过与乙酰胆碱受体竞争性结合,能够有效干扰害虫中枢神经系统中的刺激传递,具有杀虫谱广和水稳定性高等优点,因此在水果、蔬菜生产中得到了广泛应用。然而,伴随着IMI应用,出现了IMI残留问题,对人类和生物圈构成了不可忽视的危害。因此,寻找一种简洁、可靠的IMI检测方法迫在眉睫。本研究借助电化学检测平台,结合超分子识别材料和分子印迹材料,将比率策略应用于伏安法检测体系,实现了对IMI的特异性识别和灵敏检测。主要研究内容及结果如下:(1)制备了一种β-环糊精/多壁碳纳米管(β-CD/MWCNT)修饰的微电极阵列(MEA),用于测定蔬菜中的IMI。在MEA上集成了对电极和参比电极,并构建了20个并联微电极作为工作电极。将MWCNT滴加到工作电极区域,并通过电聚合将β-CD修饰到MWCNT层上。使用循环伏安法(CV),电化学阻抗谱(EIS)和差分脉冲伏安法(DPV)验证所制备传感器的电化学性能。实验结果证实了所提出的传感器较传统方法在电活性区域、电导率和高灵敏度等方面均有显著提高。通过优化实验,确定0.5 mg m L MWCNT悬浮液和p H为7的磷酸盐缓冲溶液(0.1 mol L)是最佳的实验条件。在最佳实验条件下,该传感器的线性范围为5×10-1×10mol L,检测限(LOD,S/N=3)为6.29×10 mol L。该传感器用于检测卷心菜、黄瓜和番茄中的IMI,其结果与高效液相色谱-质谱检测结果无显著差异。(2)制备了一种基于比率策略的柔性振动电极模块用于IMI分析。在该体系中,β-CD被选作捕获IMI的超分子识别器,普鲁士蓝(PB)作为内置参比。在不同的IMI浓度下,参比电流(I)表现出优秀的稳定性,且I和目标信号(I)对于系统或外界干扰表现出相同的波动趋势,对比单信号读数,比率读数(I/I)在定量化检测IMI过程中具有更高的置信度。为更好发挥比率策略的优势,制备了柔性电极模块。采用柔性印刷电路板作为基底,集成三电极系统和振动功能。集成化设计有助于传感器的小型化和系统化,且振动功能有效改善了对流条件,提高了IMI吸附效率。对制备的传感器进行了形态学、电化学的表征和优化实验。该传感器的检出限和线性范围分别为6.1×10 mol L和2×10-1.2×10 mol L。通过回收率实验和与标准方法比较进一步验证该传感器在天然样品的适用性。综上,该方法是一种可以用于复杂基质中IMI检测的有力的工具。(3)开发了基于分子印迹膜的信号开-关型比率电化学传感器,并成功应用于IMI测定。引入具有三维空间结构且与IMI相匹配的分子印迹膜(MIP),实现IMI的特异性结合;同时,引入6-(二茂铁基)己硫醇(FcHT)作为内部参比对检测结果进行校正,充分发挥比率策略的优势。在此过程中,对功能单体与模板分子的摩尔比、电聚合循环圈数和吸附时间等关键参数进行了优化。实验结果证明,MIP和比率策略结合有效提高了传感器的灵敏度和选择性。在最佳实验条件下,IMI浓度和I/I在5×10 mol L到1×10 mol L范围内成正比,相关系数为0.9984,检出限(S/N=3)为4.7×10 mol L。在回收率实验中,回收率在97.4%到103.5%之间。更进一步,选择性实验结果表明该传感器在较高水平的干扰物存在下显示出优异的选择性,可用于实际样品中IMI的测定。本研究所制备的具有高选择性、高灵敏度的电化学传感器,实现了果蔬中IMI灵敏、稳定检测,为开发果蔬中农药残留的快速检测装备提供理论和试验基础。

关键词：吡虫啉电化学传感器 β-环糊精分子印迹聚合物比率策略果蔬

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