CN104502429A - 无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器的制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器的制备方法,属于新型纳米功能材料和生物传感器领域。本发明首先在二氧化钛纳米颗粒基底上,利用光电化学合成方法,制备核壳结构的枝晶纳米棒状的贵金属合金纳米材料,进而制得了成本低、灵敏度高、特异性好、检测快速、制备简单的检测瘦肉精的无标记电致化学发光免疫传感器。
Description
技术领域
本发明涉及采用一种快速、灵敏检测瘦肉精的无标记电致化学发光免疫传感器的制备方法和应用,属于新型纳米功能材料与生物传感器技术领域。
背景技术
瘦肉精是一类叫做β-兴奋剂的药物,而不是某一种特定的药物。这类药物具有实现促进瘦肉生长、抑制肥肉生长的功能,所以统称为“瘦肉精”。根据国务院食品安全委员会办公室《“瘦肉精”专项整治方案》(食安办〔2011〕14号)规定的“瘦肉精”品种目录为16种,包括:莱克多巴胺Ractopamine;克伦特罗Clenbuterol;沙丁胺醇Salbutamol;硫酸沙丁胺醇Salbutamol Sulfate;盐酸多巴胺Dopamine Hydrochloride;西马特罗Cimaterol;硫酸特布他林Terbutaline Sulfate;苯乙醇胺APhenylethanolamine A;班布特罗Bambuterol;盐酸齐帕特罗Zilpaterol Hydrochloride;盐酸氯丙那林Clorprenaline Hydrochloride;马布特罗Mabuterol;西布特罗Cimbuterol;溴布特罗Brombuterol;酒石酸阿福特罗Arformoterol Tartrate;富马酸福莫特罗Formoterol Fumatrate。
瘦肉精可以提高猪的瘦肉率,但如果人们食用含有大量瘦肉精的猪肉后,会造成心血管系统的损坏,并可能出现严重的神经症状。针对瘦肉精中毒事件频发这一严重现象,2001年12月27日、2002年2月9日、4月9日,农业部分别下发文件禁止食品动物禁止使用β-兴奋剂类药物作为饲料添加剂(农业部176号、193号公告、1519号条例)。
目前,检测瘦肉精的方法有高效液相色谱法HPLC、气相色谱-质谱法GC-MS和酶联免疫法ELISA。这些方法,虽具有一定的灵敏度,但存在样品处理时间长,检测过程烦琐、难于操作,或者重现性差等缺点,在实际应用中受到一定的限制。
电化学发光免疫传感器由于其灵敏度高、特异性好、操作简便等优点被广泛应用于临床诊断、药物分析、环境监测等领域。制备性能优越的电化学发光免疫传感器,其最关键技术就是发光强度及稳定性和免疫分子的有效固定及重现性等性能的提高。
鲁米诺–过氧化氢Luminol-H2O2发光体系由于成本低廉、发光强度高,已被广泛应用到电致化学发光的分析方法中,但由于Luminol-H2O2发光体系的发光需要借助一定的催化剂,才能有快速、灵敏、高强度的光信号响应,因此一般常加入辣根过氧化物酶HRP来进行催化反应。而HRP的使用对反应条件要求苛刻,不利于Luminol-H2O2发光体系的普及使用。因此开发新型纳米材料模拟酶来代替HRP,会相比于HRP具有较宽泛的使用条件。另外,贵金属纳米材料具有比表面积大、易于与多种生物分子(核酸、蛋白质和生物分子等)结合、对人体无害等特点,可被应用于电致化学发光免疫传感器的制备中。
为了解决上述问题,本发明采用以光化学合成方法,直接在电极上实现了TiO2 NPs负载的核壳结构的金银钯合金纳米棒-壳聚糖复合材料TiO2-AuAg-Pd NDRs-CHS,使之与TiO2 NPs的复合材料共同修饰的电极,一方面增加了电极比表面积,增强电极导电能力和抗体的负载量,提高传感器的检测限,另一方面二者可以产生协同催化作用,可以无需使用H2O2,仅利用水溶液中的溶解氧即可使鲁米诺产生电致化学发光,并且该体系具有更好的催化响应速度和电致化学发光强度。由此,成功的发明了无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于避免现有检测方法中存在的仪器设备复杂、操作过程繁琐及对检验人员的技能要求高等缺点,提供了一种快速、灵敏检测瘦肉精的无标记电致化学发光免疫传感器的制备方法,所制备的传感器具有灵敏度高、特异性强的特点,且制备简单、操作方便,可应用于瘦肉精的快速、灵敏检测。
本发明采用的技术方案如下:
1. 无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器的制备方法,其特征在于,制备步骤为:
(1)以直径4 mm的玻碳电极为工作电极,在电极表面滴涂5~10 uL 二氧化钛纳米粒子溶胶TiO2 NPs,室温下晾干后,滴涂5~10 μL的金银纳米棒-壳聚糖复合材料AuAg NRs-CHS溶液,并在室温下晾干;
(2)将步骤(1)中得到的电极超纯水清洗,室温下晾干成膜,表面滴涂5~10uL 0.01 mol/L 的氯钯酸溶液H2PdCl4,立刻使用高压汞灯照射30~90秒,制得TiO2 NPs负载的金银钯合金纳米棒-壳聚糖复合材料TiO2-AuAg-Pd NDRs-CHS修饰的工作电极,室温下晾干;
(3)将步骤(2)中得到的电极用超纯水清洗,室温下晾干后,将电极浸入到EDC/NHS溶液中,1小时后取出;
(4)将步骤(3)中得到的电极用超纯水清洗,在电极表面滴涂5~10 μL 10 μg/mL的瘦肉精抗体溶液,4 ℃ 冰箱中保存晾干;
(5)将步骤(4)中得到的电极用超纯水清洗,继续在电极表面滴涂5~10μL 100 μg/mL的牛血清白蛋白BSA溶液,4 ℃ 冰箱中保存晾干,超纯水清洗,4 ℃ 冰箱中晾干成膜,制得无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器;
所述的TiO2 NPs为1mg/mL 的二氧化钛纳米粒子水溶液;
所述的AuAg NRs-CHS为金银核壳纳米棒与壳聚糖复合材料的水溶液,所述金银核壳纳米棒是以棒状金纳米粒子为核、以银纳米粒子为壳层的核壳结构的棒状纳米粒子,所述棒状纳米粒子的长度为20~50nm,所述壳聚糖为将壳聚糖纯品加入到体积分数为1% 的醋酸中制备而成的壳聚糖水溶液;
所述的H2PdCl4为pH值为1~2的氯钯酸水溶液;
所述的AuAg-Pd NDRs 为金银钯合金纳米棒,所述的金银钯合金纳米棒为金银钯核壳枝晶状的纳米棒,所述金银钯核壳枝晶状的纳米棒是以棒状金纳米粒子为核、以枝晶状银钯合金纳米粒子为壳层的核壳结构的纳米粒子,所述纳米棒的长度为20~50nm;
所述的EDC/NHS为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDC和N-羟基丁二酰亚胺NHS的混合溶液,所述混合溶液中EDC的浓度为0.01mol/L,NHS的浓度为0.002mol/L。
2. 一种如本发明所述的制备方法所制备的无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器,所述的无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器应用于瘦肉精的检测,其特征在于,检测步骤为:
(1)标准溶液配制:配制一组包括空白标样在内的不同浓度的瘦肉精标准溶液,底液为pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液;
(2)工作电极修饰:将本发明所述的无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器为工作电极,将步骤(1)中配制的不同浓度的瘦肉精标准溶液分别滴涂到工作电极表面,4 ℃ 冰箱中保存;
(3)工作曲线绘制:将饱和甘汞电极作为参比电极,铂丝电极作为辅助电极,与步骤(2)所修饰好的工作电极组成三电极系统,连接到电致化学发光设备上;在电解槽中先后加入15mL pH=7.4的PBS缓冲溶液和1mL 5 mmol/L的鲁米诺溶液luminol;用循环伏安法对组装的工作电极施加循环电压;根据所得的电致化学发光的光信号强度与瘦肉精抗原标准溶液浓度之间的关系,绘制工作曲线;空白标样的光信号强度记为D 0,含有不同浓度的瘦肉精标准溶液的光信号强度记为D i,响应光信号强度降低的差值为ΔD = D 0-D i,ΔD与瘦肉精标准溶液的质量浓度C之间成线性关系,绘制ΔD-C工作曲线;
(4)瘦肉精的检测:用待测样品代替步骤(1)中的瘦肉精标准溶液,按照步骤(2)和(3)中的方法进行检测,根据响应光信号强度降低的差值ΔD和工作曲线,得到待测样品中瘦肉精的含量。
3.本发明所述的无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器的制备方法和应用,其特征在于所述瘦肉精选自下列之一:莱克多巴胺、克伦特罗、沙丁胺醇、硫酸沙丁胺醇、盐酸多巴胺、西马特罗、硫酸特布他林、苯乙醇胺A、班布特罗、盐酸齐帕特罗、盐酸氯丙那林、马布特罗、西布特罗、溴布特罗、酒石酸阿福特罗、富马酸福莫特罗。
本发明的有益成果
(1)本发明所述的无标记电致化学发光免疫传感器制备简单,操作方便,并通过纳米材料的增效和增敏作用,可实现对实际样品的快速、灵敏、高选择性检测,具有市场发展前景;
(2)本发明首次将光化学合成方法制备TiO2-AuAg-Pd NDRs-CHS复合材料,并应用于电致化学发光免疫传感器的制备,所制备的传感器无需使用H2O2便可实现对luminol电致化学发光的增敏、增效,极大地提高了检测灵敏度和重现性,获得了较低的检出限,具有重要的科学意义。
具体实施方式
实施例1 无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器的制备
(1)以直径4 mm的玻碳电极为工作电极,在电极表面滴涂5 uL TiO2 NPs,室温下晾干后,滴涂5 μL的AuAg NRs-CHS溶液,并在室温下晾干;
(2)将步骤(1)中得到的电极超纯水清洗,室温下晾干成膜,表面滴涂5uL 0.01 mol/L 的H2PdCl4,立刻使用高压汞灯照射30秒,制得TiO2-AuAg-Pd NDRs-CHS修饰的工作电极,室温下晾干;
(3)将步骤(2)中得到的电极用超纯水清洗,室温下晾干后,将电极浸入到EDC/NHS溶液中,1小时后取出;
(4)将步骤(3)中得到的电极用超纯水清洗,在电极表面滴涂5 μL 10 μg/mL的瘦肉精抗体溶液,4 ℃ 冰箱中保存晾干;
(5)将步骤(4)中得到的电极用超纯水清洗,继续在电极表面滴涂5μL 100 μg/mL的BSA溶液,4 ℃ 冰箱中保存晾干,超纯水清洗,4 ℃ 冰箱中晾干成膜,制得无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器;
所述的TiO2 NPs为1mg/mL 的二氧化钛纳米粒子水溶液;
所述的AuAg NRs-CHS为金银核壳纳米棒与壳聚糖复合材料的水溶液,所述金银核壳纳米棒是以棒状金纳米粒子为核、以银纳米粒子为壳层的核壳结构的棒状纳米粒子,所述棒状纳米粒子的长度为20nm,所述壳聚糖为将壳聚糖纯品加入到体积分数为1% 的醋酸中制备而成的壳聚糖水溶液;
所述的H2PdCl4为pH值为1的氯钯酸水溶液;
所述的AuAg-Pd NDRs 为金银钯合金纳米棒,所述的金银钯合金纳米棒为金银钯核壳枝晶状的纳米棒,所述金银钯核壳枝晶状的纳米棒是以棒状金纳米粒子为核、以枝晶状银钯合金纳米粒子为壳层的核壳结构的纳米粒子,所述纳米棒的长度为20nm;
所述的EDC/NHS为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDC和N-羟基丁二酰亚胺NHS的混合溶液,所述混合溶液中EDC的浓度为0.01mol/L,NHS的浓度为0.002mol/L。
实施例2 无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器的制备
(1)以直径4 mm的玻碳电极为工作电极,在电极表面滴涂8 uL TiO2 NPs,室温下晾干后,滴涂8 μL的AuAg NRs-CHS溶液,并在室温下晾干;
(2)将步骤(1)中得到的电极超纯水清洗,室温下晾干成膜,表面滴涂8uL 0.01 mol/L 的H2PdCl4,立刻使用高压汞灯照射60秒,制得TiO2-AuAg-Pd NDRs-CHS修饰的工作电极,室温下晾干;
(3)同实施例1;
(4)将步骤(3)中得到的电极用超纯水清洗,在电极表面滴涂8 μL 10 μg/mL的瘦肉精抗体溶液,4 ℃ 冰箱中保存晾干;
(5)将步骤(4)中得到的电极用超纯水清洗,继续在电极表面滴涂8μL 100 μg/mL的BSA溶液,4 ℃ 冰箱中保存晾干,超纯水清洗,4 ℃ 冰箱中晾干成膜,制得无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器;
所述的AuAg NRs-CHS中金纳米棒的长度为40nm;
所述的H2PdCl4的pH值为1.5;
所述的AuAg-Pd NDRs的长度为40nm;
其余同实施例1。
实施例3 无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器的制备
(1)以直径4 mm的玻碳电极为工作电极,在电极表面滴涂10 uL TiO2 NPs,室温下晾干后,滴涂10 μL的AuAg NRs-CHS溶液,并在室温下晾干;
(2)将步骤(1)中得到的电极超纯水清洗,室温下晾干成膜,表面滴涂10uL 0.01 mol/L 的H2PdCl4,立刻使用高压汞灯照射90秒,制得TiO2-AuAg-Pd NDRs-CHS修饰的工作电极,室温下晾干;
(3)同实施例1;
(4)将步骤(3)中得到的电极用超纯水清洗,在电极表面滴涂10 μL 10 μg/mL的瘦肉精抗体溶液,4 ℃ 冰箱中保存晾干;
(5)将步骤(4)中得到的电极用超纯水清洗,继续在电极表面滴涂10μL 100 μg/mL的BSA溶液,4 ℃ 冰箱中保存晾干,超纯水清洗,4 ℃ 冰箱中晾干成膜,制得无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器;
所述的AuAg NRs-CHS中金纳米棒的长度为50nm;
所述的H2PdCl4的pH值为2;
所述的AuAg-Pd NDRs的长度为50nm;
其余同实施例1。
实施例4 上述实施例1-3所制备的无标记电致化学发光免疫传感器,应用于瘦肉精的检测,步骤如下:
(1)标准溶液配制:配制一组包括空白标样在内的不同浓度的瘦肉精标准溶液,底液为pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液;
(2)工作电极修饰:将本发明所述的无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器为工作电极,将步骤(1)中配制的不同浓度的瘦肉精标准溶液分别滴涂到工作电极表面,4 ℃ 冰箱中保存;
(3)工作曲线绘制:将饱和甘汞电极作为参比电极,铂丝电极作为辅助电极,与步骤(2)所修饰好的工作电极组成三电极系统,连接到电致化学发光设备上;在电解槽中先后加入15mL pH=7.4的PBS缓冲溶液和1mL 5 mmol/L的鲁米诺溶液luminol;用循环伏安法对组装的工作电极施加循环电压;根据所得的电致化学发光的光信号强度与瘦肉精抗原标准溶液浓度之间的关系,绘制工作曲线;空白标样的光信号强度记为D 0,含有不同浓度的瘦肉精标准溶液的光信号强度记为D i,响应光信号强度降低的差值为ΔD = D 0-D i,ΔD与瘦肉精标准溶液的质量浓度C之间成线性关系,绘制ΔD-C工作曲线;
(4)瘦肉精的检测:用待测样品代替步骤(1)中的瘦肉精标准溶液,按照步骤(2)和(3)中的方法进行检测,根据响应光信号强度降低的差值ΔD和工作曲线,得到待测样品中瘦肉精的含量;
所述瘦肉精选自下列之一:莱克多巴胺、克伦特罗、沙丁胺醇、硫酸沙丁胺醇、盐酸多巴胺、西马特罗、硫酸特布他林、苯乙醇胺A、班布特罗、盐酸齐帕特罗、盐酸氯丙那林、马布特罗、西布特罗、溴布特罗、酒石酸阿福特罗、富马酸福莫特罗。
本发明所制备的免疫传感器检测16种瘦肉精的技术指标见表1。
表1本发明所制备的免疫传感器检测16种瘦肉精的技术指标
实施例5 猪尿样品中瘦肉精的检测
准确称取猪尿样品,采用常规方法进行样品处理,加入一定质量浓度的瘦肉精标准溶液,以未加入瘦肉精的样品为空白,进行加标回收实验,按照实施例4所述的步骤检测,检测结果见表2。
表2 猪尿样品中瘦肉精的检测结果
表2检测结果可知,结果的相对标准偏差(RSD)小于3.3%,平均回收率为96.5 ~ 104%,表明本发明可用于猪尿样品中瘦肉精的检测,方法的灵敏度高、特异性强,结果准确可靠。
实施例6 牛尿样品中瘦肉精的检测
准确称取牛尿样品,采用常规方法进行样品处理,加入一定质量浓度的瘦肉精标准溶液,以未加入瘦肉精的样品为空白,进行加标回收实验,按照实施例4所述的步骤检测,检测结果见表3。
表3 牛尿样品中瘦肉精的检测结果
表3检测结果可知,结果的相对标准偏差(RSD)小于3.4 %,平均回收率为98.5 ~ 102.5%,表明本发明可用于牛尿样品中瘦肉精的检测,方法的灵敏度高、特异性强,结果准确可靠。
实施例7 羊尿样品中瘦肉精的检测
准确称取羊尿样品,采用常规方法进行样品处理,加入一定质量浓度的瘦肉精标准溶液,以未加入瘦肉精的样品为空白,进行加标回收实验,按照实施例4所述的步骤检测,检测结果见表4。
表4 羊尿样品中瘦肉精的检测结果
表4检测结果可知,结果的相对标准偏差(RSD)小于3.5 %,平均回收率为93.5 ~ 105.5%,表明本发明可用于羊尿样品中瘦肉精的检测,方法的灵敏度高、特异性强,结果准确可靠。
Claims (3)
1.无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器的制备方法,其特征在于,制备步骤为:
(1)以直径4 mm的玻碳电极为工作电极,在电极表面滴涂5~10 uL 二氧化钛纳米粒子溶胶TiO2 NPs,室温下晾干后,滴涂5~10 μL的金银纳米棒-壳聚糖复合材料AuAg NRs-CHS溶液,并在室温下晾干;
(2)将步骤(1)中得到的电极超纯水清洗,室温下晾干成膜,表面滴涂5~10uL 0.01 mol/L 的氯钯酸溶液H2PdCl4,立刻使用高压汞灯照射30~90秒,制得TiO2 NPs负载的金银钯合金纳米棒-壳聚糖复合材料TiO2-AuAg-Pd NDRs-CHS修饰的工作电极,室温下晾干;
(3)将步骤(2)中得到的电极用超纯水清洗,室温下晾干后,将电极浸入到EDC/NHS溶液中,1小时后取出;
(4)将步骤(3)中得到的电极用超纯水清洗,在电极表面滴涂5~10 μL 10 μg/mL的瘦肉精抗体溶液,4 ℃ 冰箱中保存晾干;
(5)将步骤(4)中得到的电极用超纯水清洗,继续在电极表面滴涂5~10μL 100 μg/mL的牛血清白蛋白BSA溶液,4 ℃ 冰箱中保存晾干,超纯水清洗,4 ℃ 冰箱中晾干成膜,制得无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器;
所述的TiO2 NPs为1mg/mL 的二氧化钛纳米粒子水溶液;
所述的AuAg NRs-CHS为金银核壳纳米棒与壳聚糖复合材料的水溶液,所述金银核壳纳米棒是以棒状金纳米粒子为核、以银纳米粒子为壳层的核壳结构的棒状纳米粒子,所述棒状纳米粒子的长度为20~50nm,所述壳聚糖为将壳聚糖纯品加入到体积分数为1% 的醋酸中制备而成的壳聚糖水溶液;
所述的H2PdCl4为pH值为1~2的氯钯酸水溶液;
所述的AuAg-Pd NDRs 为金银钯合金纳米棒,所述的金银钯合金纳米棒为金银钯核壳枝晶状的纳米棒,所述金银钯核壳枝晶状的纳米棒是以棒状金纳米粒子为核、以枝晶状银钯合金纳米粒子为壳层的核壳结构的纳米粒子,所述纳米棒的长度为20~50nm;
所述的EDC/NHS为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDC和N-羟基丁二酰亚胺NHS的混合溶液,所述混合溶液中EDC的浓度为0.01mol/L,NHS的浓度为0.002mol/L。
2.一种如权利要求1所述的制备方法所制备的无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器,所述的无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器应用于瘦肉精的检测,其特征在于,检测步骤为:
(1)标准溶液配制:配制一组包括空白标样在内的不同浓度的瘦肉精标准溶液,底液为pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液;
(2)工作电极修饰:将本发明所述的无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器为工作电极,将步骤(1)中配制的不同浓度的瘦肉精标准溶液分别滴涂到工作电极表面,4 ℃ 冰箱中保存;
(3)工作曲线绘制:将饱和甘汞电极作为参比电极,铂丝电极作为辅助电极,与步骤(2)所修饰好的工作电极组成三电极系统,连接到电致化学发光设备上;在电解槽中先后加入15mL pH=7.4的PBS缓冲溶液和1mL 5 mmol/L的鲁米诺溶液luminol;用循环伏安法对组装的工作电极施加循环电压;根据所得的电致化学发光的光信号强度与瘦肉精抗原标准溶液浓度之间的关系,绘制工作曲线;空白标样的光信号强度记为D 0,含有不同浓度的瘦肉精标准溶液的光信号强度记为D i,响应光信号强度降低的差值为ΔD = D 0-D i,ΔD与瘦肉精标准溶液的质量浓度C之间成线性关系,绘制ΔD-C工作曲线;
(4)瘦肉精的检测:用待测样品代替步骤(1)中的瘦肉精标准溶液,按照步骤(2)和(3)中的方法进行检测,根据响应光信号强度降低的差值ΔD和工作曲线,得到待测样品中瘦肉精的含量。
3.如权利要求1所述的无标记电致化学发光瘦肉精免疫传感器的制备方法,其特征在于所述瘦肉精选自下列之一:莱克多巴胺、克伦特罗、沙丁胺醇、硫酸沙丁胺醇、盐酸多巴胺、西马特罗、硫酸特布他林、苯乙醇胺A、班布特罗、盐酸齐帕特罗、盐酸氯丙那林、马布特罗、西布特罗、溴布特罗、酒石酸阿福特罗、富马酸福莫特罗。
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