基于G-四联体DNA酶信号放大的三明治型有机磷农药电化学传感器研究

The excessive use of organophosphorus pesticide (OPs) in the process of agricultural production results in OPs residues in the environment and agricultural products, which poses a serious threat to ecosystem and human health. Biosensing techniques have been widely used for OPs detection due to the advantages of sensitivity and rapidity, but which suffers from the insurmountable challenges of poor specificity, complicated preparation process and inferior reproducibility. Therefore, the purpose of this study is to develop a sandwich-type G-Quadruplex DNAzyme/Gold nanoparticles/graphene (G-DNAzyme/GNPs/GR) sensing platform by using GNPs, thiol-functional GR and G-DNAzyme molecular for the sensitive, selective detection of paraoxon, parathion OPs based on the multiple signal amplification. The main objectives of this study are: (1) preparing sandwich-type G-DNAzyme/GNPs/GR sensing film; (2) exploring the electrochemical response of different target OPs and then uncovering the detection mechanism; and (3) establishing electrochemical quantitative analysis model for target OPs. The implementation of this study is helpful to develop an electrochemical sensing technology for rapid, sensitive screening the target OPs and is of great significance for improving the current detection techniques.

农业生产中有机磷农药的大量使用导致环境和农产品中农药残留问题，对生态系统和人类健康产生了严重的危害，生物传感技术因具有灵敏、快速等优点而广泛用于农残检测，但现有生物传感技术存在特异性差、重现性低等问题。基于此，本研究利用巯基功能化石墨烯、金纳米粒子、G-四联体DNA酶（G-DNA酶）催化信标，基于Au-S键特异性作用，通过层层自组装法构建“三明治”型复合信标电化学传感平台，建立多重信号放大的对硫/氧磷农药的高灵敏、特异性电化学检测方法。具体研究内容包括：(1) 制备“三明治”型G-DNA酶/金纳米粒子/石墨烯传感膜；(2) 探究目标有机磷农药在传感界面的电化学响应并揭示检测机理；(3) 构建目标有机磷农药电化学定量化分析模型并对实际样品目标农药验证分析。本课题的研究有助于开发一种简单、灵敏、特异性筛查对硫/氧磷农药的电化学传感检测方法，对完善现有有机磷农药的检测技术具有重要研究意义。

农业生产中有机磷农药的大量使用导致环境和农产品中农药残留问题，对生态系统和人类健康产生了严重的危害，生物传感技术因具有灵敏、快速等优点而广泛用于农残检测，但现有生物传感技术存在特异性差、重现性低等问题。基于此，本研究基于对氧磷类（NSOPs）农药水解性质、G-四联体DNA酶（G-DNA酶）催化氧化作用，利用Au-S键特异性作用制备电化学G-DNA酶传感平台，建立了NSOPs农药的高灵敏、特异性电\光电化学检测方法。具体研究内容包括：(1) 研究了NSOPs农药水解热力学和动力学行为。利用NSOPs农药的结构特性，探究了影响NSOPs水解效率和速度的关键因素。结果表明，温度与pH对NSOPs农药的水解行为具有较强的影响，提升温度、pH可以显著加快水解速度、增大水解效率；超声对NSOPs农药的水解行为影响较弱。在此基础上，优选了最佳水解温度、pH、超声条件（pH>13, 500W, 50℃），实现了NSOPs农药的高效水解（>96%）。(2) 筛选了高活性G-DNA酶，揭示了G-DN酶的构-效关系。分析了不同G-DNA序列在K+、Na+离子条件下G-DNA四联体结构类型、G-DNA酶催化活性，探究了K+、Na+离子条件下G-DNA稳定化浓度，明晰了G-DNA酶高活性pH范围，并对比分析了G-DNA酶活性与G-DNA四联体结构关系。结果表明，K离子或Na离子均以在低浓度条件下诱导形成稳定的G-四联体结构，G-四联体结构酶活性具有盐离子浓度依赖性。(3) 建立了NSOPs农药传感特异性检测方法，揭示了检测机理。制备了G-DNA酶/Au、“三明治型”G-DNA酶/金纳米粒子/石墨烯传感膜，优化了不同传感膜制备条件，探究了不同传感膜对NSOPs农药的检测效果及性能，揭示了G-DNA酶传感机理。结果表明，在一定浓度范围内该传感膜均具有较好的线性关系，检测限达到nM级。在此基础上，建立了NSOPs农药电化学定量化分析方法。本研究开发了一种简单、灵敏、特异性筛查NSOPs的比色、LC-MS/MS、电/光电化学传感检测方法，对完善现有有机磷农药的检测技术具有重要研究意义。