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基本信息

項(xiàng)目名稱:
基于雙樹枝狀放大效應(yīng)的免疫傳感器對(duì)苯并芘的快速檢測(cè)
小類:
能源化工
簡(jiǎn)介:
本項(xiàng)目以苯并芘作為研究對(duì)象構(gòu)建免疫傳感器的研究,利用亞甲基藍(lán)/二氧化硅核殼納米粒子[9]特殊的優(yōu)異性能以及PAMAM[10]獨(dú)具的樹枝狀結(jié)構(gòu),分別從傳感界面和信號(hào)標(biāo)記兩個(gè)方面同時(shí)進(jìn)行信號(hào)放大,構(gòu)建了痕量苯并芘檢測(cè)的免疫傳感器,有效地降低了檢測(cè)限,對(duì)POPs的檢測(cè)起到了積極作用。
詳細(xì)介紹:
持久性有機(jī)污染物(Persistent Organic Pollutants, POPs)所引起的環(huán)境污染問題是影響世界環(huán)境安全的重要因素。然而對(duì)于公約中新POPs問題,我國(guó)的準(zhǔn)備十分不足,基礎(chǔ)工作相當(dāng)薄弱。POPs測(cè)量分析技術(shù)的研究是開展POPs基礎(chǔ)性研究的前提和基礎(chǔ)。目前,POPs的測(cè)定以色譜法、色質(zhì)聯(lián)用等儀器聯(lián)用技術(shù)為主,但是由于大多數(shù)POPs極性比較大,需要進(jìn)行衍生以降低極性,加之POPs的區(qū)域分布、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律調(diào)查涉及到海量樣品,色譜分析預(yù)處理較復(fù)雜,因此,建立POPs的快速篩查分析方法顯得尤為重要。 本項(xiàng)目利用了PAMAM特有的樹枝狀結(jié)構(gòu),結(jié)合分子表面氨基的放大效應(yīng),極大地提高了抗原的固定量;同時(shí),以多酶標(biāo)記二抗復(fù)合物代替單標(biāo)記二抗,以高的HRP/二抗比例與納米材料偶聯(lián),在一個(gè)抗體上標(biāo)記多個(gè)HRP酶,再次進(jìn)行信號(hào)放大。由三聯(lián)噻吩電聚合、PAMAM放大、固定抗原三步制得免疫傳感器探針,通過免疫競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)、二抗復(fù)合物標(biāo)記、酶促反應(yīng)實(shí)現(xiàn)生物信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)化?;谶@種抗原固定和二抗檢測(cè)的“雙樹枝狀放大效應(yīng)”,開展快速、靈敏、專一檢測(cè)POPs的免疫傳感分析方法的研究。 同時(shí),利用不同的儀器分別對(duì)PAMAM和納米粒子進(jìn)行表征,以研究其性能特點(diǎn),選取具有最優(yōu)性能的物質(zhì)進(jìn)行信號(hào)放大,優(yōu)化傳感器。結(jié)果表明,所構(gòu)建的傳感器能對(duì)痕量的POPs產(chǎn)生明顯的響應(yīng)信號(hào),檢測(cè)限大幅度降低。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

目的: 本作品旨在通過PAMAM和納米粒子的雙放大效應(yīng),提高響應(yīng)靈敏度,建立苯并芘的快速、靈敏的免疫分析,為POPs的檢測(cè)提供新手段。 基本思路: (1) 合成樹枝狀聚合物PAMAM(2)合成亞甲基藍(lán)/二氧化硅核殼納米粒子(3)制備多酶標(biāo)記二抗(4)構(gòu)建免疫傳感器,并對(duì)檢測(cè)條件進(jìn)行優(yōu)化基于競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)對(duì)苯并芘進(jìn)行檢測(cè)。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)通常采用離線、實(shí)驗(yàn)室分析方法,分析速度慢、操作復(fù)雜、分析儀器大且昂貴,無法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速分析和連續(xù)在線監(jiān)測(cè),在環(huán)境監(jiān)測(cè)上存在著明顯不足。 本項(xiàng)目利用了PAMAM特有的樹枝狀結(jié)構(gòu),結(jié)合分子表面氨基的放大效應(yīng),極大地提高了抗原的固定量;以高的HRP/二抗比例與納米材料偶聯(lián),在一個(gè)抗體上標(biāo)記多個(gè)HRP酶,再次進(jìn)行信號(hào)放大。開展快速、靈敏、專一檢測(cè)POPs的免疫傳感分析方法的研究。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)通常采用離線、實(shí)驗(yàn)室分析方法,分析速度慢、操作復(fù)雜、分析儀器大且昂貴,無法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速分析和連續(xù)在線監(jiān)測(cè),在環(huán)境監(jiān)測(cè)上存在著明顯不足。本項(xiàng)目在免疫傳感器的基礎(chǔ)上,采用了具有放大信號(hào)優(yōu)勢(shì)的PAMAM和二抗復(fù)合物對(duì)傳感器作進(jìn)一步修飾,大大的提高了響應(yīng)靈敏度,克服了環(huán)境樣品中苯并芘含量較低、難監(jiān)測(cè)的缺點(diǎn),為生物技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用構(gòu)建了一個(gè)較好的檢測(cè)體系。

學(xué)術(shù)論文摘要

持久性有機(jī)污染物(POPs)是一類具有環(huán)境持久性、生物累積性、長(zhǎng)距離遷移能力和高生物毒性的特殊污染物,它已成為全球化學(xué)品污染控制的重點(diǎn)對(duì)象和全球性環(huán)境問題的關(guān)注焦點(diǎn)。目前我國(guó)POPs的污染問題非常嚴(yán)重,對(duì)POPs進(jìn)行連續(xù)、快速監(jiān)測(cè)已成為了加快其污染治理的迫切要求。因此,實(shí)現(xiàn)對(duì)苯并芘的快速檢測(cè)顯得尤為重要。 本論文采用Mihcael加成和酰胺化縮合反應(yīng)合成G2.0酰胺-胺樹枝狀聚合物,通過紅外、核磁、熱重分析,研究其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),結(jié)果表明,G2.0 PAMAM每一分子帶有16個(gè)氨基,通過戊二醛使其偶聯(lián)電極表面的聚三聯(lián)噻吩導(dǎo)電膜,氨基的數(shù)目得到放大,這樣就可以固定更多的抗原分子;在標(biāo)記步驟中,采用多標(biāo)記二抗復(fù)合物代替單標(biāo)記的二抗與抗體結(jié)合,以高的HRP/二抗比例與納米材料偶聯(lián),在一個(gè)抗體標(biāo)記多個(gè)HRP酶,進(jìn)行信號(hào)放大。由三聯(lián)噻吩電聚合、PAMAM放大、固定抗原三步制得免疫傳感器探針,通過免疫競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)、二抗復(fù)合物標(biāo)記、酶促反應(yīng)實(shí)現(xiàn)生物信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)化,在放大信號(hào)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)低含量苯并芘的快速檢測(cè)。

獲獎(jiǎng)情況

1. 鐘苑雯, 林謀宏, 周潔丹, 劉英菊*. 鐵氰化鐠修飾的電化學(xué)傳感器的研制及其對(duì)半胱氨酸的測(cè)定. 分析化學(xué), 2010, 38(2): 229-232. (SCI收錄) 2. Chunping Wang, Jiedan Zhou, Yibin Huang, Genquan Liang, Yingju Liu*, Hongtao Lei. Portable Benzo[a]pyrene Immunosensor Based on the Polyanline Nanofiber Modified Screen-printed Electrode. 2010 Advanced Polymer Processing (Qingdao) International Forum, 2010,11. (EI 收錄) 3. Mouhong Lin, Yingju Liu*, Chuanhe Liu, Zhuohong Yang, Yibin Huang. Sensitive immunosensor for benzo[a]pyrene detection based on dual amplification strategy of PAMAM dendrimer and amino-modified methylene blue/SiO2 core-shell nanoparticles. Biosensor & Bioelectronics, 2011, in press. (IF 5.429, SCI 收錄) 4. 黃英強(qiáng), 黃溢彬, 張勝來, 費(fèi)世東, 劉英菊. 普魯士藍(lán)類納米粒子的合成及其在雙氧水檢測(cè)中的應(yīng)用. 廣東化工, 2010, 37(8): 157-158

鑒定結(jié)果

參考文獻(xiàn)

[1] Yu X, Munge B, Patel V, Jensen G, Bhirde A, Gong J D, Kim S N, Gillespie J, Gutkind J S, Papadimitrakopoulos F, Rusling J F. Carbon nanotube amplification strategies (放大策略) for highly sensitive immunodetection of cancer biomarkers. J. Am. Chem. Soc., 2006, 128: 11199-11205. [2] Mani V, Chikkaveeraiah B V, Patel V, Gutkind J S, Rusling J F. Ultrasensitive immunosensor for cance biomarker proteins using gold nanoparticle film electrodes and multienzyme-particle ampli?cation(多酶標(biāo)記). ACS nano, 2009, 3(3): 585-594. [3] Du D, Zou Z, Shin Y, Wang J, Wu H, Engelhard M H, Liu J, Aksay I A, Lin Y. Sensitive immunosensor for cancer biomarker based on dual signal ampli?cation strategy (雙放大效應(yīng)) of graphene sheets and multienzyme functionalized (多酶標(biāo)記) carbon nanospheres. Anal. Chem., 2010, 82, 2989-2995.

同類課題研究水平概述

我國(guó)POPs的環(huán)境污染現(xiàn)狀十分嚴(yán)峻,包括土壤污染、水污染、大氣污染等。POPs包括滴滴涕、六六六、七氯、狄氏劑、艾氏劑、異狄氏劑、滅蟻靈和毒殺芬等。農(nóng)業(yè)在中國(guó)經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著相當(dāng)重要的地位,中國(guó)曾大量生產(chǎn)和使用過滴滴涕、毒殺芬、六氯苯、氯丹和七氯等5種POP s農(nóng)藥。殘留在土壤中的POPs農(nóng)藥可通過地表徑流和干濕沉降進(jìn)入河網(wǎng),對(duì)河流和海洋的水體、沉積物以及水生生物產(chǎn)生一定的影響。 為加強(qiáng)對(duì)POPs的控制,2007年,國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)了由國(guó)家環(huán)??偩謺?huì)同外交部、發(fā)改委、科技部、財(cái)政部等13個(gè)相關(guān)部門組織編制的《中國(guó)履行〈關(guān)于持久性有機(jī)污染物(POPs)的斯德哥爾摩公約〉國(guó)家實(shí)施計(jì)劃》。該實(shí)施計(jì)劃明確指出POPs 在環(huán)境中遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究對(duì)人類健康、環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和文化的重要意義,因此開發(fā)可以替代、減少和消除POPs 排放的產(chǎn)品技術(shù)和測(cè)量分析技術(shù)也成了亟需的任務(wù),以此來加強(qiáng)POPs 在人體的蓄積和放大、及在生物體和人體暴露的研究,進(jìn)一步研發(fā)POPs降解和去除機(jī)制。 POPs測(cè)量分析技術(shù)的研究是開展POPs基礎(chǔ)性研究的前提和基礎(chǔ)。目前,POPs的測(cè)定以色譜法、色質(zhì)聯(lián)用等儀器聯(lián)用技術(shù)為主,但是由于大多數(shù)POPs極性比較大,需要進(jìn)行衍生以降低極性,加之POPs的區(qū)域分布、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律調(diào)查涉及到海量樣品,色譜分析預(yù)處理較復(fù)雜,因此,建立POPs快速篩查分析方法顯得尤為重要。 電化學(xué)免疫傳感技術(shù)以其高特異性、低成本、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn),在病毒、生物毒素、農(nóng)藥、有機(jī)污染物等分析領(lǐng)域獲得廣泛研究。在電化學(xué)免疫傳感器的研制中,免疫傳感器的靈敏度取決于抗原在基底電極的固定量和固定過程的穩(wěn)定性。因此,提高靈敏度,需要提高生物大分子的固定量。其次,在免疫傳感器的研制中,免疫傳感器的靈敏度還取決于響應(yīng)信號(hào)的檢測(cè)機(jī)制。在電化學(xué)免疫傳感器中,響應(yīng)信號(hào)通常是基于酶標(biāo)抗體或二抗固定后基于酶對(duì)底物的響應(yīng)進(jìn)行檢測(cè),因此,提高靈敏度,需要提高酶的固定量。通過碳納米管、量子點(diǎn)、納米鉑等納米材料將酶標(biāo)抗體或二抗與相應(yīng)的酶按一定比例進(jìn)行結(jié)合(即多酶標(biāo)記),再利用固定的酶進(jìn)行檢測(cè),可對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行放大。多酶標(biāo)記的信號(hào)放大效果非常明顯,但是酶的活性卻因?yàn)榕c納米材料的結(jié)合而顯著下降。因此,選擇生物相容性的納米材料形成多酶標(biāo)記物是免疫傳感器研究的發(fā)展趨勢(shì)。
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