信号增强型光电化学DNA传感器用于食品中真菌毒素和有机磷农药残留的检测

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真菌毒素及农药残留具有强烈的肾毒性、肝毒素、免疫毒性,并存在潜在的致癌、致畸和致突变性。它与生物体健康关系密切,而且对生态环境污染也大。因此,真菌毒素和农药残留快速灵敏的检测尤为重要。光电化学(PEC)DNA生物分析技术是一种将DNA生物技术、光电化学传感技术相结合发展而来的,将特异性好、灵敏度高、操作便捷等优点集于一身的分析技术。信号放大对于提升光电化学传感方法的灵敏度起着重要的作用。本文设计了几种信号放大技术用于构建新型的光电化学生物传感器,实现了对真菌毒素及有机磷农药的灵敏检测,开展的具体工作如下:1.基于Fenton试剂和DNA模拟酶(DNAzyme)催化聚苯胺在线生成的新型光电化学传感器,构建了一种用于赭曲霉毒素A的检测研究。首先,以目标物触发杂交链反应生成的长链DNA聚合物骨架为模板,装载大量的Fe2+和DNAzyme。DNA长链上的Fe2+与底液中的H2O2形成Fenton试剂,该试剂具有强的氧化性,与DNAzyme协同催化苯胺聚合生成聚苯胺。聚苯胺分子覆盖整条长链DNA生成纳米线,它具有光敏性,可有效抑制光电极上Au-BiVO4@MoS2十面体纳米复合材料的电子-空穴复合,赋予该光电化学DNA传感器出色的分析性能。在最佳条件下,该光电流信号与赭曲霉毒素A(OTA)浓度的对数在0.25pg mL-1到25 ng mL-1范围内呈现出良好的线性,检出限低至0.14 pg mL-1。此外,该光电化学传感器具有良好的稳定性和准确度等特点。2.基于Bi2S3在花状BiOBr上的原位生长,设计了一种光电化学适体传感检测平台用于检测马拉硫磷。首先利用简便的溶剂热法合成花状BiOBr并修饰在ITO电极表面用于制备光电极。在目标物马拉硫磷的存在下,其与修饰在磁子生物素DNA-适体复合物(aptamer/bio-DNA/MB)上的适体结合,同时释放出bio-DNA/MB探针。该磁性探针可交替打开H1和H2发夹链进行杂交链反应(HCR),生成长双链DNA(dsDNA)。该dsDNA被用作负载骨架,结合hemin产生大量的DNAzyme,且双链的沟壑中可嵌入许多的锰卟啉(MnTMPyP)。在H2O2的作用下,长链上的DNAzyme和MnTMPyP作为复合催化剂可转换Na2S2O3生成了适量的H2S。之后,生成的H2S与BiOBr反应,生成BiOBr/Bi2S3复合物,从而有效的提升光电流信号。在最佳条件下,该PEC适体传感器展现出良好的分析性能,线性范围为0.001-1000 ng mL-1,检测限为0.12 pg mL-1。3.以马拉硫磷为检测目标,建立了基于ALP-Au催化银离子原位形成银纳米粒子的信号放大的光电化学适体传感策略的检测方案。将g-C3N4/AgCl复合材料修饰到ITO电极表面,作为传感电极的基底。离心管中加入的马拉硫磷适体与磁子生物素-DNA(bio-DNA/MB)结合,引入目标物马拉硫磷之后,适体脱落;bio-DNA/MB与辅助链-Au-ALP结合。探针上的ALP(碱性磷酸酶)能够催化银离子在线沉积银纳米粒子,形成Z型g-C3N4/AgCl@Ag结构。在5 pg mL-1到5μg mL-1浓度范围内,马拉硫磷浓度的对数与光电流值的响应存在线性相关性,检测限为0.25 pg mL-1。此方案构建的PEC DNA生物传感平台对马拉硫磷的检测表现出较高的灵敏度,良好的选择性及优良的稳定性。
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