关键词:
金磁微粒
模拟酶
电化学传感器
增强检测
食品分析
摘要:
近年来,食品质量与安全作为一个全球性问题备受关注。根据世界卫生组织(WHO)的调查,人类常见疾病从根本上与缺乏安全的食物和饮用水密切相关。这一系列的食品质量安全问题推进了各种高灵敏度、具体和快速的食品分析技术的开发和利用。电化学方法通常满足这些标准,同时具备良好准确性和稳定性的优点。最近的研究结果进一步表明,该方法可以实现对食品和水的实际样本分析。此外,无机纳米材料由于其固有的类酶催化活性而受到越来越多的关注。与天然酶相比,纳米材料模拟酶具有诸多独特优点。例如,在更广泛的p H值和温度范围内具有更强的催化活性,生产成本更经济以及通过各种功能分子和纳米材料的集成和改性可获得的更高的设计灵活性。本研究将模拟酶与电化学方法相结合,基于复合纳米粒子的过氧化物模拟酶活性,构建出具有高灵敏度和选择性的无酶增强型电化学传感器,并成功将其应用于食品分析检测中。鉴于此,所提出的新型无酶电化学分析方法在食品质量控制和安全检测等领域具有广阔的应用前景。(1)通过自组装方法构建金磁微粒(FeO@Au)复合纳米粒子,并表征其理化性能。以HO和3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(3,3’,5,5’-Tetramethylbenzidine,TMB)作为酶催化底物,对纳米FeO@Au模拟过氧化物酶进行活性验证,并进一步研究了FeO@Au的反应动力学过程。结果表明:FeO@Au纳米微粒的平均粒径约为150 nm。在300 K时,FeO@Au的饱和磁化强度为46 emu/g。以HO为底物的FeO@Au模拟酶的K值为0.235 mmol/L,催化机理分析表明,所制备的FeO@Au过氧化物酶活性优良,对HO具有较高亲和力,其酶动力学遵循典型的Michaelis-Menten机制。(2)基于复合纳米粒子(FeO@Au)的过氧化物模拟酶活性,构建出具有高灵敏度和选择性的检测抗坏血酸(Ascorbic acid,AA)的无酶增强型电化学传感器。采用循环伏安法(Cyclic Voltammetry,CV)对抗坏血酸进行测定,并对电化学增强检测体系进行优化。研究结果表明,在最适检测体系下,所构建的无酶电化学传感器对抗坏血酸检测具有较高的灵敏度,在1~100 mmol/L抗坏血酸浓度范围内,电流响应与其具有良好线性关系,工作曲线方程为y=867.81x+3.8608(R=0.9919),检出限为0.0117mg/L。此外,所构建的无酶电化学传感器已成功地应用于实际样品检测。(3)基于FeO@Au的过氧化物模拟酶活性,构建出操作简便的检测尿酸(Uric acid,UA)的无酶增强型电化学传感器。采用循环伏安法对尿酸进行测定,并优化电化学增强检测体系。研究结果表明,该无酶增强型电化学传感器对尿酸的检测具有良好的电化学活性。在最适检测体系下,尿酸的线性浓度范围为0.1~10 mmol/L,工作曲线方程为y=13.267x+6.044,相关系数R=0.9952,计算最低检出限为0.0146 mg/L,回收率在96.17%~105.3%之间。所构建的无酶电化学传感器对尿酸检测具有较高的灵敏度和稳定性。(4)基于FeO@Au的过氧化物模拟酶活性,构建出具有高稳定性的检测盐酸多巴胺的无酶增强型电化学传感器。采用循环伏安法对盐酸多巴胺进行测定,并优化电化学增强检测体系。研究结果表明,在最适检测体系下,盐酸多巴胺具有较宽的线性范围为0.01~1 mmol/L和较低的检出限为0.0109 mg/L,回收率为94.56%~115.28%。该无酶增强型电化学传感器对盐酸多巴胺表现出优异的灵敏度,具有良好的重现性。此外,已成功应用于对肉类样品中盐酸多巴胺的检测,且具有良好的加标回收率。(5)基于FeO@Au的过氧化物模拟酶活性,构建出具有高特异性的检测儿茶酚(Catechol,CC)的无酶增强型电化学传感器。采用循环伏安法对儿茶酚进行测定,并优化电化学增强检测体系。研究结果表明,在最适检测体系下,儿茶酚在0.001~0.1mmol/L之间具有良好的线性关系,并计算最低检出限为1.638μg/L,回收率为97.10%~108.10%,同时,具有一定的抗干扰能力。该无酶增强型电化学传感器对儿茶酚表现出优异的灵敏度和选择性。此外,已成功应用于对饮用水中儿茶酚的检测,且具有良好的加标回收率。