石墨烯纳米带功能杂化材料电化学传感器的构建及其转基因大豆检测的研究

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转基因大豆品种及种植面积日渐增加,其安全性已成为了人们关注的焦点。因此,建立灵敏快速、简单便捷的转基因大豆鉴别方法,对推动转基因产品安全监管和保障公民健康具有重要意义。电化学传感技术因具有分析速度快、灵敏度高、易于操作等优点,已成为食品分析领域的热点。本论文基于石墨烯纳米带功能杂化材料优异的电化学性质,构建了新颖、便捷、免标记的电化学传感器,并应用于转基因大豆CaMV 35S启动子(P35S)的检测。主要研究内容如下:1、采用一步还原法制备纳米金/多壁碳纳米管-还原石墨烯纳米带(Au NP/MWCNT-rGONR)杂化材料。捕获探针通过π-π作用固定到杂化材料表面,构建了电化学阻抗传感界面。由于单双链DNA的电子密度不同,当目标DNA与捕获探针杂交形成双链后,传感界面的电负性增大并阻碍了电子传递,进而导致阻抗值增加,基于此原理发展了免标记的电化学阻抗传感器。以P35S序列为检测目标,该传感器的阻抗变化值与P35S的浓度在0.1 fmol/L500 pmol/L范围内呈良好的线性关系,检出限低至0.03 fmol/L(S/N=3)。该传感器具有很好的选择性、稳定性和重现性,可应用于转基因大豆实样鉴别。2、利用一步热处理法制备了二氧化钛/氮杂石墨烯纳米带(TiO2/NGNRs)杂化材料。研究发现,TiO2/NGNRs的光电流强度约是TiO2的6倍,表明NGNRs的引入,提高了杂化材料的导电性,促进了TiO2电荷转移并抑制了光生电子-空穴的复合。进一步以TiO2/NGNRs为载体,通过戊二醛化学交联法,固定基因探针,构建了转基因大豆中P35S的光电化学(PEC)传感器。捕获探针与P35S目标基因杂交形成惰性双链,抑制抗坏血酸(AA)捕获空穴,引起光电流降低,实现目标基因的检测。在优化条件下,该传感器线性范围为0.5100 nmol/L,检测限为0.17 nmol/L。该传感器有良好的选择性及稳定性,并实现了对转基因大豆的鉴别。3、进一步采用一步热处理法制备了Ag-TiO2/NGNRs三元纳米杂化材料。研究发现,Ag-TiO2/NGNRs光电流强度分别是TiO2/NGNRs和TiO2的2倍和10倍,表明Ag的表面等离子体效应,进一步改善了三元纳米杂化材料中TiO2的PEC性能。以Ag-TiO2/NGNRs为载体,通过纳米Ag连接带有巯基的基因探针,构建了转基因大豆中P35S的PEC传感器。依据上述PEC检测机理,实现目标基因的检测。在优化条件下,构建的PEC传感器具有较宽的检测范围(0.01 nmol/L500 nmol/L),较低的检出限(0.0033 nmol/L,S/N=3)和优异的选择性、稳定性和重现性,并实现了转基因大豆实样的鉴别。
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