兽药残留高通量检测的荧光纳米粒子-石墨烯传感器构建研究

In recent years, repeatedly occurring food safety affairs have threatened the health and safety of human. In this study, several Veterinary Drug Residues (chloramphenicol, diethylstilbestrol and clenbuterol) were chosen as detected objects for the development of the novel sensor based on grahphene and fluorescet nanoparticles. In this study, components of the sensor were characterized by X ray diffraction, rapp spectra, fluorescence spectra and soon on, and the detection performances were optimized. The liquid reaction kinetic constants of the functional nanomaterials and target molecules were tested by SPR searching for the internal connection between binding reaction and changes of fluorescence intensity on the purpose of finding a new sensing principle and mechanism.In this sensor, the physicochemical properties of nanometer material itself were worked as the sensing element and biological antibody was operated as the recognition element for simultaneous detection of multiple pollutants through fluorescence spectroscopy.

近年来，我国兽药残留引发的食品安全事件发生频繁，对人民群众的身体健康造成了严重威胁。本课题拟选取食品中典型兽药残留，氯霉素、己烯雌酚、克伦特罗作为研究对象，利用荧光纳米粒子和石墨烯，建立一种针对食品中兽药残留的快速筛查传感器。在本研究中，利用X射线衍射、拉普光谱、荧光光谱等手段测试传感器的各个组分，优化其对靶标物的识别、传感及光学性能，通过SPR技术分析功能化纳米材料与靶标物结合的液态反应动力学常数，研究结合反应与荧光强度变化之间的内在联系，尝试提出一种新的传感原理和机制。该传感器借助荧光光谱技术，以纳米材料本身的理化性能为核心，以生物抗体为识别元件，具有现有筛查技术不可比拟的优势，可对多种污染物进行高通量痕量定量快速筛查，为相关领域提供新型材料和分析手段，具有重要的理论意义和实用价值。

本项目以荧光纳米粒子，石墨烯等纳米材料为载体，高亲和力的抗体为识别元件，建立了针对食品中四种兽药残留（氯霉素，克伦特罗、己烯雌酚和雌二醇）和两种农药残留（阿特拉津和对硫磷）的快速检测方法和筛查传感器。首先，完成了多种污染物的半抗原和完全抗原、荧光纳米粒子、石墨烯以及胶体纳米颗粒等纳米材料的制备和鉴定。利用高亲和性抗体修饰荧光纳米粒子、胶体纳米粒子、石墨烯等纳米材料，成功制备出针对靶标物特异性识别的新型纳米探针。通过优化反应条件，改进了纳米材料与抗体的偶联方法，并通过扫描电镜、透射电镜、光纤光谱等技术对这些纳米探针的性能进行了鉴定。在此基础上，探索了污染物半抗原直接包被酶联免疫方法用于检测污染物残留的可行性，实现了食品中阿特拉津和对硫磷的快速检测。经过实际样品加标回收实验，同时与传统免疫分析方法、高效液相色谱方法等比对试验，证明所建立的检测技术具有检测灵敏、检测特异的特点，同时省去了改常规免疫分析方法的抗原合成步骤。利用仿生抗体修饰的胶体纳米颗粒，构建了三种典型兽药残留（氯霉素、己烯雌酚和雌二醇）检测的光学生物传感检测平台。相对传统兽药残留检测方法，此传感器具有操作简单、快捷、缩短时间，结果获得稳定可靠，可初步用于实际样品中的兽药残留分析。基于免疫学识别机理及荧光猝灭效应，利用生物抗体修饰的荧光纳米粒子和石墨烯纳米材料，构建了兽药残留（氯霉素、己烯雌酚、克伦特罗）快速检测的荧光快速筛查传感器，初步实现了对兽药残留高通量、灵敏、特异的定量分析，为污染物残留的高灵敏检测提供了新方法，为环境与食品中小分子化学污染物残留检测平台的建立奠定了基础，具有广阔的应用前景。