三维孔结构石墨烯/纳米抗体复合电极制备及其在有机磷农药免疫传感上的应用

The principal objective of the program is to design a immunosensor based on 3D functionalized graphene / nanoantibody composites and to establish a fast, sensitive and high-throughput virus detection system. Firstly, functionalized graphene will be Controllable assembled onto conducting substrates by template methods and one-step electrochemical reduction to form three-dimensional interpenetrating graphene network with mesporous or macroporous structure. Secondly, five kinds of nanobodies will be constructed after immunizing an alpaca with artificial antigens prepared by haptens of organophosphorus pesticides. Thirdly, the obtained nanobodies with specific recognition of organophosphorus pesticide molecules will be assembled onto 3D functionalized graphene by covalent interaction or non-covalent interaction to construct a high sensitivity immunosensor to organophosphorus pesticides. Electron transfer and mass migration between biological sensitive interface and biomolecules will be studied by spectroscopic methods. Finally, several kinds of nanobodies will be immobilized on the 3D graphene arrays to fabricate the immune chip. The immune chip could simultaneously detect different components of organophosphorus pesticide mixture.

本项目设计一种基于三维功能化石墨烯/纳米抗体的新型免疫传感功能界面，利用纳米抗体的高亲和力、强特异性及其与多孔功能化石墨烯的协同作用实现对有机磷农药小分子高灵敏度检测。本项目首先利用软/硬模板法在电极或固体基质表面原位构建具有优异导电性的三维功能化石墨烯孔结构；设计合成有机磷农药人工抗原，通过免疫双峰驼和后期基因转录获得对有机磷农药分子特异性识别的纳米抗体；实现纳米抗体在石墨烯孔结构上的高效组装与固定，研究电极、纳米功能界面、生物分子之间的电荷传输、物质迁移及电催化特性，以及抗体与界面的免疫识别能力；构建具有高灵敏度的光/电化学免疫传感器，并将不同有机磷农药纳米抗体分别固定在石墨烯多孔电极或固体基质表面，构建多种有机磷农药高通量传感阵列，实现对多组分有机磷农药分子的同时检测。本项目的完成将发展一种高效、简便的多组分有机磷农药残留的检测方法，具有较高的学术理论价值和应用前景。

本课题以环境和食品中典型有机污染物（有机磷、有机氯农药和环境激素）为研究对象，主要完成（1）设计、构筑一系列对环境和食品中典型有机污染物具有高效富集和选择性分离作用的功能化纳米材料、分子印迹膜和抗体/适体，阐明其与残留危害物质的相互识别、构效关系及其吸附解析机制；（2）针对有机小分子污染物，设计构建以新型抗体、多酶体系或分子印迹材料为分子识别元件，功能化纳米材料为载体和信号输出元件的化学传感器，以提高检测方法的选择性和灵敏度。.我们制备多种石墨烯、贵金属或金属氧化物功能化纳米材料，其中采用气泡模板法在多种导电基底如金片、钛片、碳纸、碳布、铜丝、铂片、镍片制备三维多孔石墨烯电极材料，具有良好的导电性、生物兼容性和高比表面积，可负载抗体、适配体等分子识别元件，有效构建农药传感器。以三维多孔石墨烯为工作电极和复合材料骨架，通过电化学沉积聚吡咯单体，制备石墨烯/聚吡咯复合材料，该材料具备高比表面积和丰富的电化学性质，可以应用于分子印迹传感器的构建。制备了具有分子刷结构的掺杂氧化铁纳米粒子的聚丙烯酰肼改性的还原石墨烯纳米复合材料，具有低非特异性吸附和高荧光淬灭能力，应用于免疫荧光传感器的构建。合成了氮掺杂碳量子点，对双酚A (BPA) 的氧化具有电化学催化作用，可实现对环境激素双酚A的检测。.我们通过构建多种传感器实现对有机小分子污染物的高效检测，其中包括：构建TiO2纳米棒阵列免疫光电传感器并实现对有机磷农药倍硫磷的特异性检测；构建基于乙酰胆碱酯酶/胆碱氧化酶双酶体系的金纳米棒刻蚀比色传感器实现对有机磷农药的定量和半定量检测；构建基于聚多巴胺分子印迹/Fe3O4磁性纳米粒子复合物的阻抗传感器，并实现对有机氯农药DDT的高效快速检测；构建基于聚吡咯分子印迹/TiO2纳米复合物的电化学传感器，并实现对壬基酚的高效快速检测。.