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《浙江大学》 2008年
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用于有机磷农药残留检测的免疫生物传感器的研究

蒋雪松  
【摘要】:农药广泛用于农业生产中,给社会带来了巨大的经济效益。另一方面,农药的广泛使用也会给环境和人类健康带来严重的影响。农药的定性和定量检测的标准方法是基于色谱方法,如气相色谱、高效液相色谱以及与质谱的联用。这些分析技术灵敏可靠,但费时,昂贵,只能由专业人员操作,体积较大,携带不太方便,不适合于现场或野外使用。由于农药的大量使用,迫切需要建立和发展一些快速检测方法。 生物传感器是将生物识别元件和信号转换元件紧密结合,从而检测目标物的分析装置,免疫传感器作为其中的一个分支,在农药残留检测领域潜力巨大。由于有机磷农药使用最为广泛,本论文以有机磷农药为对象,研究了电化学、压电及光学等免疫传感器用于农药残留的检测方法。 本文的主要内容和研究结果如下: (1)探索了电化学阻抗谱用于农药残留检测的可行性。研究表明,在电极修饰、抗体固定及对农药抗原的识别过程中,电化学阻抗谱能很好地与等效电路模型相吻合。利用Nyquist图谱,测量出电极表面的电子转移电阻(Ret)、溶液电阻(Rs)、恒相位元件(CPE)及双层板电容(Cdl)值的变化。结果显示:Rs和CPE之间没有显著的差异,而Ret和Cdl的变化比较显著。包被抗体与待测溶液中的农药抗原反应后,在0.01μg/mL-100μg/mL浓度范围内,电子转移电阻和浓度呈良好的相关关系。回归方程为:y=250.54Ln(x)+1925.2,决定系数R2为0.9705。检测下限为2.3×10-μg/mL。在用于实际水样的检测中,三个添加浓度的平均回收率分别为:85.3%、116.7%和101.4%;变异系数分别为:10.6%、13.7%和14.5%。另外,将农药抗体固定在磁性纳米颗粒上,用来捕获待测农药抗原,通过流动芯片进行检测,在Bode图上可以很好的区分出不同浓度的农药抗原。 (2)研究了压电免疫传感器结合流动注射系统用于对硫磷农药残留的检测。结果显示,农药浓度在0.1-50μg/mL范围内,直接法压电免疫传感器的频率变化与浓度之间成良好的相关关系,回归方程:y=10.827x+22.133。决定系数R2为0.9862,最低检测限为3.38×10-2μg/mL。为了有效地检测待测农药,比较了五种方法用于抗体在石英晶体金电极表面的固定,综合考虑灵敏度和重复性两个指标,蛋白A法和硅烷化法这两种方法固定效果较好。AFM图像可以很好地表征抗体在电极表面的固定情况。 (3)为了降低检测限,提高灵敏度,将固定抗体竞争法和固定抗原竞争法用于石英晶体微天平的农药残留检测中。在固定抗体竞争法检测中,对所用包被抗体浓度进行了优化,抗体稀释倍数为1:30,人工抗原浓度为80μg/mL时,其频率变化与待测农药浓度在0.5 ng/mL~5μg/mL的范围内成相关关系,回归方程为:y=11.555Ln(x)-158.1,决定系数R2为0.9664。最低检测限为6.19×10-2ng/mL。在固定抗原竞争法检测中,考察了传感器固定不同浓度的人工抗原时检测性能差异。结果表明固定抗原的浓度为200μg/mL, pH为7.4时,固定效果最佳。在0.5 ng/mL~5μg/mL范围内,传感器的频率改变值与浓度的回归方程为:y=15.711 Ln(x)-203.85,决定系数R2为0.9522。最低检测限为9.53×10-2 ng/mL。此传感器能够重复使用,选择性好。此外,循环伏安曲线可以很好地表征电极表面的修饰及免疫反应的进行。 (4)建立了一种基于毛细管的光学免疫传感器,将抗原-抗体反应与生物素亲和素体系相结合用于三唑磷农药的检测。将间接免疫竞争法用于光学免疫传感器中,辣根过氧化物酶(HRP)酶标物催化四甲基联苯胺(TMB)底物,在655nm下测得产物吸光度,待测农药的浓度与吸光度成反比。在1 ng/mL~1μg/mL浓度范围内,A/Ao与农药浓度的对数之间呈线性相关,标准曲线为:y=-25.96x-102.09,决定系数为:R2=0.9874。用Ao-2SD法,计算出检测限为1.8ng/mL。将此传感器用于水样、茶叶及梨的检测中,测得的三唑磷农药在三种样品中的含量均值分别为:9.7 ng/mL,6.4 ng/mL和3.5 ng/mL。分别研究了三种样本中两个水平的添加回收率。水样中为:103.7%,104.8%;茶叶为78.7%,85.6%;梨为103.5%,105.6%。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:S481.8

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