关键词:
电化学发光
电化学
二氧化硅纳米均孔膜
均相
食品分析
摘要:
食品中的有害细菌、化学物质、毒素或重金属等污染物严重危害人体健康。因此,开发灵敏、简便的分析方法快速监测与食品安全相关的污染物具有重要意义。均相电化学(EC,Electrochemical)和电化学发光(Electrochemiluminescence,ECL)传感器无需将识别原件和探针固定在电极表面,通过溶液相的探针扩散或催化反应,引起的EC或ECL信号变化即可实现检测,具有操作简单、响应迅速、灵敏度高等优点。然而利用EC或ECL法进行实际样品检测时,复杂基质中的颗粒物或大分子(如蛋白质、淀粉等)将会玷污电极,且未经修饰的电极对目标物的检测灵敏度不高,往往难以实现复杂食品样品中痕量目标物的精准分析。通过纳米材料引入信号增敏性能并提高电极在复杂食品样品分析中的抗干扰能力,是构建高灵敏度食品安全分析方法的关键。二氧化硅纳米均孔膜(也称垂直有序介孔二氧化硅薄膜,Vertically-ordered mesoporous silica films,VMSF)具有高密度且垂直于电极基底的孔道,孔径小(2~3nm)且均一。将VMSF修饰在工作电极表面,可在保障小分子探针向电极表面扩散传质的同时,将大分子干扰物阻挡在孔道外,进而增加电极的防玷污、抗干扰性能。此外,VMSF表面含有大量的硅羟基(p K~2),在常规pH溶液中电离导致VMSF表面带负电荷。因而VMSF可通过静电作用将正电性的EC或ECL探针富集在纳米通道阵列内,从而实现信号增敏而显著提高电极的检测灵敏度。本论文基于VMSF的抗干扰、防玷污能力以及信号增敏作用,构建了三种均相EC或ECL传感器,分别实现了食品中可评估饮品巴氏杀菌程度的碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase,ALP)、毒素玉米赤霉烯酮(Zearalenone,ZEN)以及食品防腐剂-抗菌肽乳酸链球菌素(Nisin)的EC或ECL检测。具体内容如下:(1)以VMSF修饰氧化铟锡(Indium tin oxide,ITO)作为工作电极,基于VMSF对三联吡啶钌(tris2,2’-bipyridyl ruthenium,Ru(bpy))探针的富集作用和ALP酶促产物对ECL信号的猝灭作用,构建了一种检测ALP的均相ECL传感器。利用电化学辅助自组装法(Electrochemically assisted self-assembly,EASA)在ITO上生长VMSF制备了VMSF/ITO电极。采用透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy,SEM)和电化学方法对VMSF进行了系统的表征,结果表明,VMSF具有均一有序、完整的纳米通道结构,纳米通道的直径为2~3 nm,并对正电性探针具有电荷选择渗透性。当检测样品中存在ALP时,ALP可催化测试溶液中的底物磷酸苯基二钠(Disodium Phenyl phosphate hydrate,DPP)发生水解反应,生成苯酚(Phenol,Phe),其可猝灭Ru(bpy)和共反应剂三丙胺(N,N-Dipropyl-1-propanamine,TPA)的ECL信号。基于这一原理,可实现对ALP的ECL检测。由于VMSF/ITO电极具备显著放大Ru(bpy)探针体系的ECL信号变化率的检测能力,因而可以有效提高检测灵敏度。ALP检测的线性范围为0.01 U/L~30 U/L,检出限为0.008 U/L。借助VMSF的防玷污抗干扰能力,传感器实现了牛奶样品中ALP含量的检测。此外,因ALP还可作为生物标志物,利用构筑的传感器实现了血清中ALP的灵敏检测。(2)利用Ru(NH)-ZEN适配体-石墨烯氧化物(GO)纳米复合探针,基于适配体识别诱导Ru(NH)的释放和VMSF/ITO可以有效富集Ru(NH)实现信号放大的策略,构建了一种新颖的均相EC适配体传感器用于ZEN检测。利用适配体与GO间的π-π堆积作用以及GO和适配体与阳离子探针Ru(NH)的静电吸附作用,制备了Ru(NH)-ZEN适配体-GO纳米复合探针。采用Zeta电位和电化学方法验证了纳米复合探针的成功制备。目标物ZEN与ZEN适配体结合后,适配体会从GO载体上脱落,同时诱导Ru(NH)探针从复合探针上脱落释放至溶液中。由于VMSF能静电吸附Ru(NH)探针,提高Ru(NH)在电极表面的微区浓度,因而可实现对ZEN的间接灵敏测定。检测ZEN的线性范围为1pg/mL~1μg/mL,检出限为1.2 fg/mL。结合VMSF防玷污抗干扰能力,传感器可用于玉米和板栗实际样品提取液中ZEN含量的灵敏检测。(3)基于抗菌肽Nisin分子破坏磷脂双分子膜结构的独特机制,以包裹Ru(bpy)的脂质体(Ru(bp