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基本信息

項目名稱:
基于雙樹枝狀放大效應的免疫傳感器對苯并芘的快速檢測
小類:
能源化工
簡介:
本項目以苯并芘作為研究對象構建免疫傳感器的研究,利用亞甲基藍/二氧化硅核殼納米粒子[9]特殊的優異性能以及PAMAM[10]獨具的樹枝狀結構,分別從傳感界面和信號標記兩個方面同時進行信號放大,構建了痕量苯并芘檢測的免疫傳感器,有效地降低了檢測限,對POPs的檢測起到了積極作用。
詳細介紹:
持久性有機污染物(Persistent Organic Pollutants, POPs)所引起的環境污染問題是影響世界環境安全的重要因素。然而對于公約中新POPs問題,我國的準備十分不足,基礎工作相當薄弱。POPs測量分析技術的研究是開展POPs基礎性研究的前提和基礎。目前,POPs的測定以色譜法、色質聯用等儀器聯用技術為主,但是由于大多數POPs極性比較大,需要進行衍生以降低極性,加之POPs的區域分布、遷移轉化規律調查涉及到海量樣品,色譜分析預處理較復雜,因此,建立POPs的快速篩查分析方法顯得尤為重要。 本項目利用了PAMAM特有的樹枝狀結構,結合分子表面氨基的放大效應,極大地提高了抗原的固定量;同時,以多酶標記二抗復合物代替單標記二抗,以高的HRP/二抗比例與納米材料偶聯,在一個抗體上標記多個HRP酶,再次進行信號放大。由三聯噻吩電聚合、PAMAM放大、固定抗原三步制得免疫傳感器探針,通過免疫競爭反應、二抗復合物標記、酶促反應實現生物信號到電信號的轉化?;谶@種抗原固定和二抗檢測的“雙樹枝狀放大效應”,開展快速、靈敏、專一檢測POPs的免疫傳感分析方法的研究。 同時,利用不同的儀器分別對PAMAM和納米粒子進行表征,以研究其性能特點,選取具有最優性能的物質進行信號放大,優化傳感器。結果表明,所構建的傳感器能對痕量的POPs產生明顯的響應信號,檢測限大幅度降低。

作品專業信息

撰寫目的和基本思路

目的: 本作品旨在通過PAMAM和納米粒子的雙放大效應,提高響應靈敏度,建立苯并芘的快速、靈敏的免疫分析,為POPs的檢測提供新手段。 基本思路: (1) 合成樹枝狀聚合物PAMAM(2)合成亞甲基藍/二氧化硅核殼納米粒子(3)制備多酶標記二抗(4)構建免疫傳感器,并對檢測條件進行優化基于競爭反應對苯并芘進行檢測。

科學性、先進性及獨特之處

傳統的環境監測通常采用離線、實驗室分析方法,分析速度慢、操作復雜、分析儀器大且昂貴,無法進行現場快速分析和連續在線監測,在環境監測上存在著明顯不足。 本項目利用了PAMAM特有的樹枝狀結構,結合分子表面氨基的放大效應,極大地提高了抗原的固定量;以高的HRP/二抗比例與納米材料偶聯,在一個抗體上標記多個HRP酶,再次進行信號放大。開展快速、靈敏、專一檢測POPs的免疫傳感分析方法的研究。

應用價值和現實意義

傳統的環境監測通常采用離線、實驗室分析方法,分析速度慢、操作復雜、分析儀器大且昂貴,無法進行現場快速分析和連續在線監測,在環境監測上存在著明顯不足。本項目在免疫傳感器的基礎上,采用了具有放大信號優勢的PAMAM和二抗復合物對傳感器作進一步修飾,大大的提高了響應靈敏度,克服了環境樣品中苯并芘含量較低、難監測的缺點,為生物技術在環境監測上的應用構建了一個較好的檢測體系。

學術論文摘要

持久性有機污染物(POPs)是一類具有環境持久性、生物累積性、長距離遷移能力和高生物毒性的特殊污染物,它已成為全球化學品污染控制的重點對象和全球性環境問題的關注焦點。目前我國POPs的污染問題非常嚴重,對POPs進行連續、快速監測已成為了加快其污染治理的迫切要求。因此,實現對苯并芘的快速檢測顯得尤為重要。 本論文采用Mihcael加成和酰胺化縮合反應合成G2.0酰胺-胺樹枝狀聚合物,通過紅外、核磁、熱重分析,研究其結構特點,結果表明,G2.0 PAMAM每一分子帶有16個氨基,通過戊二醛使其偶聯電極表面的聚三聯噻吩導電膜,氨基的數目得到放大,這樣就可以固定更多的抗原分子;在標記步驟中,采用多標記二抗復合物代替單標記的二抗與抗體結合,以高的HRP/二抗比例與納米材料偶聯,在一個抗體標記多個HRP酶,進行信號放大。由三聯噻吩電聚合、PAMAM放大、固定抗原三步制得免疫傳感器探針,通過免疫競爭反應、二抗復合物標記、酶促反應實現生物信號到電信號的轉化,在放大信號的基礎上實現了對低含量苯并芘的快速檢測。

獲獎情況

1. 鐘苑雯, 林謀宏, 周潔丹, 劉英菊*. 鐵氰化鐠修飾的電化學傳感器的研制及其對半胱氨酸的測定. 分析化學, 2010, 38(2): 229-232. (SCI收錄) 2. Chunping Wang, Jiedan Zhou, Yibin Huang, Genquan Liang, Yingju Liu*, Hongtao Lei. Portable Benzo[a]pyrene Immunosensor Based on the Polyanline Nanofiber Modified Screen-printed Electrode. 2010 Advanced Polymer Processing (Qingdao) International Forum, 2010,11. (EI 收錄) 3. Mouhong Lin, Yingju Liu*, Chuanhe Liu, Zhuohong Yang, Yibin Huang. Sensitive immunosensor for benzo[a]pyrene detection based on dual amplification strategy of PAMAM dendrimer and amino-modified methylene blue/SiO2 core-shell nanoparticles. Biosensor & Bioelectronics, 2011, in press. (IF 5.429, SCI 收錄) 4. 黃英強, 黃溢彬, 張勝來, 費世東, 劉英菊. 普魯士藍類納米粒子的合成及其在雙氧水檢測中的應用. 廣東化工, 2010, 37(8): 157-158

鑒定結果

參考文獻

[1] Yu X, Munge B, Patel V, Jensen G, Bhirde A, Gong J D, Kim S N, Gillespie J, Gutkind J S, Papadimitrakopoulos F, Rusling J F. Carbon nanotube amplification strategies (放大策略) for highly sensitive immunodetection of cancer biomarkers. J. Am. Chem. Soc., 2006, 128: 11199-11205. [2] Mani V, Chikkaveeraiah B V, Patel V, Gutkind J S, Rusling J F. Ultrasensitive immunosensor for cance biomarker proteins using gold nanoparticle film electrodes and multienzyme-particle ampli?cation(多酶標記). ACS nano, 2009, 3(3): 585-594. [3] Du D, Zou Z, Shin Y, Wang J, Wu H, Engelhard M H, Liu J, Aksay I A, Lin Y. Sensitive immunosensor for cancer biomarker based on dual signal ampli?cation strategy (雙放大效應) of graphene sheets and multienzyme functionalized (多酶標記) carbon nanospheres. Anal. Chem., 2010, 82, 2989-2995.

同類課題研究水平概述

我國POPs的環境污染現狀十分嚴峻,包括土壤污染、水污染、大氣污染等。POPs包括滴滴涕、六六六、七氯、狄氏劑、艾氏劑、異狄氏劑、滅蟻靈和毒殺芬等。農業在中國經濟中占據著相當重要的地位,中國曾大量生產和使用過滴滴涕、毒殺芬、六氯苯、氯丹和七氯等5種POP s農藥。殘留在土壤中的POPs農藥可通過地表徑流和干濕沉降進入河網,對河流和海洋的水體、沉積物以及水生生物產生一定的影響。 為加強對POPs的控制,2007年,國務院批準了由國家環??偩謺饨徊?、發改委、科技部、財政部等13個相關部門組織編制的《中國履行〈關于持久性有機污染物(POPs)的斯德哥爾摩公約〉國家實施計劃》。該實施計劃明確指出POPs 在環境中遷移和轉化規律的研究對人類健康、環境、社會、經濟和文化的重要意義,因此開發可以替代、減少和消除POPs 排放的產品技術和測量分析技術也成了亟需的任務,以此來加強POPs 在人體的蓄積和放大、及在生物體和人體暴露的研究,進一步研發POPs降解和去除機制。 POPs測量分析技術的研究是開展POPs基礎性研究的前提和基礎。目前,POPs的測定以色譜法、色質聯用等儀器聯用技術為主,但是由于大多數POPs極性比較大,需要進行衍生以降低極性,加之POPs的區域分布、遷移轉化規律調查涉及到海量樣品,色譜分析預處理較復雜,因此,建立POPs快速篩查分析方法顯得尤為重要。 電化學免疫傳感技術以其高特異性、低成本、操作簡便等特點,在病毒、生物毒素、農藥、有機污染物等分析領域獲得廣泛研究。在電化學免疫傳感器的研制中,免疫傳感器的靈敏度取決于抗原在基底電極的固定量和固定過程的穩定性。因此,提高靈敏度,需要提高生物大分子的固定量。其次,在免疫傳感器的研制中,免疫傳感器的靈敏度還取決于響應信號的檢測機制。在電化學免疫傳感器中,響應信號通常是基于酶標抗體或二抗固定后基于酶對底物的響應進行檢測,因此,提高靈敏度,需要提高酶的固定量。通過碳納米管、量子點、納米鉑等納米材料將酶標抗體或二抗與相應的酶按一定比例進行結合(即多酶標記),再利用固定的酶進行檢測,可對電流信號進行放大。多酶標記的信號放大效果非常明顯,但是酶的活性卻因為與納米材料的結合而顯著下降。因此,選擇生物相容性的納米材料形成多酶標記物是免疫傳感器研究的發展趨勢。
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