基于信号放大技术的黄曲霉毒素B_1等的压电免疫传感器研究解读

基于信号放大技术的黄曲霉毒素B_1等的压电免疫

传感器研究

压电免疫传感器是结合了压电效应的高灵敏性和免疫反应的高特异性的一种生物传感器,具有简便、快速、灵敏、成本低、响应谱广、可实时数据输出等优点,在生物技术、临床诊断、环境监测、食品工业、医药和军事等领域具有广泛的应用前景。近年来,纳米材料得到广泛研究与应用,将纳米材料应用于生物传感器的制备可以较大程度地提高传感器的响应性能。此外,酶和纳米颗粒标记的生物分子由于其自身的特点和优势,已被广泛用于生化分析。本文利用酶和纳米材料在生物传感器中的应用,结合有效的生物活性组分的固定方法,采用信号放大技术提高分析信号、降低检测下限,发展了三种新型的压电免疫传感器以及一种过氧化氢传感器。主要内容如下:(1)研制了一种简单、快速、灵敏的压电免疫传感器,用于黄曲霉毒素B_1的检测。黄曲霉毒素B_1是一种小分子物质,很难用压电法直接检测,本文采用间接竞争免疫法。纳米金标记羊抗鼠IgG 抗体用于放大响应信号。在0.1～100 ng mL~(-1)的范围内,该传感器的响应信号与AFB_1浓度的对数呈现良好的线性关系。该传感器可以检测到AFB_1的最低浓度为0.01 ng mL~(-1),定量能力与经典酶联免疫吸附法(ELISA)相接近。该传感器界面可用甘氨酸溶液实现再生,并可重复使用9次且其灵敏度没有明显降低。(2)发展了一种基于间接竞争免疫反应和酶催化沉积放大的黄曲霉毒素

B_1压电检测方法。先在石英晶振表面包被一层3-巯基丙酸自组装膜,再共价结合BSA-AFB_1偶联抗原,接着待测物AFB_1与BSA-AFB_1偶联抗原竞争结合鼠抗AFB_1抗体,然后结合辣根过氧化物酶(HRP)标记的羊抗鼠IgG抗体。在H_2O_2存在时,HRP酶催化氧化4-氯-1-萘酚生成不溶物4-氯-1-萘醌沉积在电极表面,引起显著的质量变化,从而导致明显的频率响应。该传感器可获得黄曲霉毒素

B_1的浓度检测范围为0.01～10 ng mL~(-1)。通过对人工加料样品的分析结果表明,该传感器能够有效地检测牛奶样品中AFB_1的含量,可望用于实际样品检测。(3)提出了一种简便的基于SiO_2纳米颗粒免疫凝集的压电免疫传感器对人IgG的直接检测。待测物人IgG会同时被晶振表面的羊抗人IgG抗体和检测介质中SiO_2标记的羊抗人IgG抗体识别,引起检测介质中的SiO_2在传感界面上特异性凝集,从而引起晶振表面的巨大质量变化和检测介质密度和粘度变化。实验结果表明,该方法修饰的探针不仅能充分地减少背景干扰,而且能显著地放大响应信号。实验中,采用扫描电镜(SEM)考察了探针表面在发生免疫凝集反应前后的形貌变化。此外,还考察了免疫凝集促进剂PEG及离子强度控制剂NaCl的使用对实验的影响。该传感器的频率响应与人IgG浓度存在良好的线性关系,检测下限为0.084μg mL~(-1)。(4)采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)保护高分散的普鲁士蓝(PB),制备了一种无机-有机复合纳米粒子,再结合多壁碳纳米管(MWCNT)修饰玻碳电极,获得了一种新的电化学生物传感器。将不同比例的PVP和Fe~(2+)混合反应,得到了一系列不同粒径的粒子,计时电流试验表明当PVP: Fe~(2+)为1:1时,响应最好。透射电镜(TEM)显示此时的粒径大小大约为100 nm。该传感器充分利用了无机粒子易合成,催化活性强,选择性高的优点,而且稳定性和重现性也得到了改善。同时,采用循环伏安法(CV)对膜的氧化还原性能进行了考察,在0.2 V和0.9 V左右分别出现了电对Fe~(3+)/~(2+)和Fe(CN)_6~(3-/4-)的峰。还考察了PVP-PB粒子和MWCNT含量的影响,最终均选择了1 mg mL~(-1)。

用在此优化条件下得到的复合膜对过氧化氢进行催化,获得了理想的结果,线性范围为5×10~(-7)～7.5×10~(-3) M,检测下限为8×10~(-8) M。该方法为一些以H_2O_2为底物的酶传感器的研究提供了新的手段。

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