CN112666352A - 一种聚甲基丙烯酸lpfg检测ota的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法,通过控制反应试剂的浓度、反应时间和反应温度,在LPFG表面连续实时可控地生长聚甲基丙烯酸薄膜,使LPFG对1.333‑1.4范围内的折射率的灵敏性达到最佳状态。并在聚甲基丙烯酸薄膜表面进一步修饰OTA单克隆抗体,根据OTA单克隆抗体与OTA的特异性反应提高LPFG对OTA检测的选择性,根据谐振光谱的变化来判断OTA的含量,从而实现对OTA的高灵敏高选择性检测。本发明无需荧光标记,简化了检测步骤,节约了检测成本,减少了检测时间,有望广泛应用于食品安全、食品工程、饲料加工等领域。
Description
技术领域
本发明涉及长周期光栅检测技术领域,更具体的说是涉及一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法。
背景技术
赭曲霉毒素A(Ochratoxin A,OTA)是一种毒性非常大的霉菌毒素,广泛存在于燕麦、大麦、小麦、玉米、动物饲料和动物性食品(如猪肾脏、肝脏)等食材中,对人类健康有很大的危害,会导致肾功能衰竭、输尿管癌、脂肪肝、淋巴结坏死、甚至死亡等。因此,OTA的检测对预防人体疾病和维护人们的健康具有重要意义。
长周期光纤光栅(long period fiber grating,LPFG)是一种对环境折射率灵敏的无源光学传感器件,很多科研人员对LPFG在折射率传感方面展开了研究,如《光学学报》2007,27(010)发表了王久玲、饶云江等合著的《CO2激光脉冲边缘写入的LPFG折射率特性研究》,文中表明在1.41~1.45外界折射率范围内变化时,LPFG的谐振波长漂移量高达15.52nm;《光子学报》2017,46(002)发表了毕卫红、邢云海等合著的《长周期光纤光栅检测混合油的折射率》,文中将LPFG用于混合油的检测;《Measurement Science andTechnology》2002.13:792发表了Sarfraz Khaliq、StephenW James与RalphP Tatam合著的《Enhanced sensitivity fibre optic long period grating temperature sensor》,文中表明,裸LPFG通常仅对1.4000~1.453范围内的环境折射率比较灵敏,而对折射率低于1.4的环境介质的灵敏度是非常低的;《Sensors》2016,16(12)发表了Qiu-Shun Li、Xu-LinZhang等合著的《An Ultrasensitive Long-Period Fiber Grating-Based RefractiveIndex Sensor with Long Wavelengths》,文中表明在1.4436~1.4489折射率范围内LPFG的灵敏度达到10792.45nm/RIU。
由于LPFG具有很高的折射率灵敏度,因此,如果用LPFG对OTA进行检测,将可以实现对OTA的高灵敏检测。但是LPFG对相同折射率的物质会表现出同样的光谱信号,无法实现对PCA3的选择性检测。而且,由于水的折射率是1.333,导致待测OTA溶液的折射率一般处于1.333-1.4之间,因而,裸LPFG对OTA溶液的灵敏度是非常低的。如果采用直接修饰功能膜的LPFG对OTA进行检测,通常是观察不到LPFG谐振光谱的信号变化或观察到的信号变化非常微弱。因此,为了实现LPFG对OTA的高灵敏高选择性检测,有必要寻求一种LPFG检测OTA的新方法。
发明内容
有鉴于此,为解决LPFG对OTA溶液响应灵敏度不高的缺点,本发明提供了一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法,包括如下步骤:
(1)将长周期光栅LPFG拉直并用夹具固定于液体反应池中;
(2)对LPFG栅区进行洁净处理;
(3)将甲基丙烯酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯、偶氮二异丁腈的混合液加入到固定好LPFG的液体反应池中;
(4)控制反应温度和反应时间,在LPFG表面沉积生长聚甲基丙烯酸纳米薄膜,当LPFG的折射率最佳敏感范围处于1.333-1.4000之间时停止反应;
(5)用去离子水充分冲洗,除去未反应的液体及杂质,用氮气吹干;
(6)在LPFG上的聚甲基丙烯酸纳米薄膜表面修饰能识别OTA分子的探针;
(7)用修饰有OTA分子探针的LPFG检测待测溶液中OTA的浓度。
这种方法可以实时快速地生长聚甲基丙烯酸薄膜,聚甲基丙烯酸纳米薄膜有良好的耐酸碱腐蚀性能,延长LPFG在酸碱溶液中的使用寿命;聚甲基丙烯酸纳米薄膜有较高的折射率和透明性能,便于观察和调控LPFG的折射率灵敏度范围;聚甲基丙烯酸纳米薄膜表面有大量的羧基,会大大增加LPFG表面结合OTA的单克隆抗体的数量,增强检测OTA的信号变化量。
优选的,在上述一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法中,步骤(3)所述混合液中甲基丙烯酸的浓度为0.000001~100mol/L。
上述技术方案的有益效果是:混合液中甲基丙烯酸的浓度太低可能导致不会生成纯聚甲基丙烯酸薄膜,浓度太高则会生成大块的聚甲基丙烯酸,达不到调控的目的。
优选的,在上述一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法中,步骤(3)所述混合液中甲基丙烯酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯、偶氮二异丁腈的摩尔比为(40~95):(0.5~60):(0.01~30)。
上述技术方案的有益效果是:若三种物质的比例超出上述范围,则薄膜生长太快或太慢,起不到调控的目的。
优选的,在上述一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法中,步骤(4)中所述反应温度为30~110℃,反应时间为10min~170h。
上述技术方案的有益效果是:上述反应温度及反应时间内可以保证反应的正常进行,若温度太低则不发生反应,若温度太高则反应太快,不会生成纳米薄膜。
优选的,在上述一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法中,步骤(4)中所述聚甲基丙烯酸纳米薄膜还包括二氧化钛、二氧化锡、氧化铪、氧化锌、氧化铟、五氧化二钽、二氧化锆、三氧化二铁、四氧化三铁、二氧化硅、金纳米粒子、银纳米粒子、铜纳米粒子中的任意一种或多种,上述任意一种或多种物质与聚甲基丙烯酸共混/嫁接而成聚甲基丙烯酸纳米薄膜。
优选的,在上述一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法中,步骤(4)中所述聚甲基丙烯酸纳米薄膜沉积反应在拉直固定后的LPFG栅区包层表面进行。
上述技术方案的有益效果是:通过利用不同纳米粒子的独有特性,改变聚甲基丙烯酸薄膜的折射率、韧性、硬度等性能,改变聚甲基丙烯酸薄膜对LPFG折射率灵敏范围的调控速度,增强LPFG的响应信号,增强LPFG的耐机械强度和耐弯曲性能。
优选的,在上述一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法中,所述的聚甲基丙烯酸纳米薄膜还可以包括其它纳米粒子的掺杂。
优选的,在上述一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法中,步骤(6)中所述探针为OTA的单克隆抗体,并且抗体的添加量需要根据实际过程中LPFG的灵敏度进行确定。
优选的,在上述一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法中,所述OTA的单克隆抗体对OTA分子有特异性识别能力。
经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明公开提供了一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法,具有以下优势:
(1)本发明提供的一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法,无需荧光标记,简化了实验过程,降低了OTA的检测成本,实现了直接、无标记的OTA探测;
(2)本发明提供的一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法,通过在LPFG表面生长聚甲基丙烯酸纳米薄膜,使LPFG对OTA溶液处于最佳的敏感范围,实现了LPFG对OTA的高灵敏检测;
(3)本发明提供的一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法,通过在聚甲基丙烯酸纳米薄膜表面修饰OTA的单克隆抗体,实现了LPFG对OTA的选择性检测;
(4)本发明提供的一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法,有望广泛应用于食品安全、食品工程、饲料加工等领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的LPFG反应装置剖面示意图。
图中:1为固定LPFG支架,2为液体反应池,3为温度控制器,4为LPFG栅区,5为固定装置螺丝,6为光纤。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明通过控制反应试剂的浓度、反应时间和反应温度,在LPFG表面连续实时可控地生长聚甲基丙烯酸薄膜,使LPFG对1.333-1.4范围内的折射率的灵敏性达到最佳状态。并在聚甲基丙烯酸薄膜表面进一步修饰OTA单克隆抗体,根据OTA单克隆抗体与OTA的特异性反应提高LPFG对OTA检测的选择性,根据谐振光谱的变化来判断OTA的含量,从而实现对OTA的高灵敏高选择性检测。该方法无需荧光标记,简化了检测步骤,节约了检测成本,减少了检测时间,有望广泛应用于食品安全、食品工程、饲料加工等领域。
实施例1
将0.78g的2-甲基丙烯酸与1.23g聚乙二醇二甲基丙烯酸酯配成5ml的二甲亚砜溶液,再加入0.3g的2,2'-偶氮二异丁腈,搅拌均匀,将所配溶液倒入固定LPFG的液体反应池,将反应温度调到55℃,当LPFG的折射率最佳敏感范围处于1.333-1.4000之间时停止反应,并用二次蒸馏水充分冲洗,用氮气吹干。再加入EDC(0.04M)/NHS(0.01M)溶液静置1h,活化羧基,便于连接OTA的单克隆抗体随后加入1μM的OTA的单克隆抗体,4℃冰箱反应过夜。最后用修饰好OTA的单克隆抗体的LPFG对OTA进行检测。
实施例2
用0.07mol的2-甲基丙烯酸和0.03mol的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯配制10ml四氢呋喃溶液,搅拌均匀后,再加入0.005mol的2,2'-偶氮二异丁腈,再次搅拌均匀后,将所配溶液倒入固定LPFG的液体反应池中,将反应温度调到65℃,当LPFG的折射率最佳敏感范围处于1.333-1.4000之间时停止反应,并用二次蒸馏水充分冲洗,再用氮气吹干。再加入EDC(0.02M)/NHS(0.01M)的溶液静置1h,随后加入1μM的OTA的单克隆抗体,4℃冰箱反应过夜。最后用修饰好OTA的单克隆抗体的LPFG对OTA进行检测。
实施例3
将5.36克2-甲基丙烯酸、2.88克聚乙二醇二甲基丙烯酸酯分别配制成5ml二甲亚砜溶液,然后将两种溶液混合,再加入0.33克的2,2'-偶氮二异丁腈,搅拌使之混合均匀。把配制好的溶液倒入固定好的LPFG的液体反应池中,把溶液的温度调整为75℃,当LPFG的折射率最佳敏感范围处于1.333-1.4000之间时停止反应,并用二次蒸馏水充分冲洗。再加入EDC(0.04M)/NHS(0.01M)溶液静置1h,随后加入10μM的OTA的单克隆抗体,室温孵育12小时。最后用修饰好OTA的单克隆抗体的LPFG对OTA进行检测。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方案而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将长周期光栅LPFG拉直并用夹具固定于液体反应池中;
(2)对LPFG栅区进行洁净处理;
(3)将甲基丙烯酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯、偶氮二异丁腈的混合液加入到固定好LPFG的液体反应池中;
(4)控制反应温度和反应时间,在LPFG表面沉积生长聚甲基丙烯酸纳米薄膜,当LPFG的折射率最佳敏感范围处于1.333-1.4000之间时停止反应;
(5)用去离子水充分冲洗,除去未反应的液体及杂质,用氮气吹干;
(6)在LPFG上的聚甲基丙烯酸纳米薄膜表面修饰能识别OTA分子的探针;
(7)用修饰有OTA分子探针的LPFG检测待测溶液中OTA的浓度。
2.根据权利要求1所述的一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法,其特征在于,步骤(3)所述混合液中甲基丙烯酸的浓度为0.000001~100mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法,其特征在于,步骤(3)所述混合液中甲基丙烯酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯、偶氮二异丁腈的摩尔比为(40~95):(0.5~60):(0.01~30)。
4.根据权利要求1所述的一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法,其特征在于,步骤(4)中所述反应温度为30~110℃,反应时间为10min~170h。
5.根据权利要求1所述的一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法,其特征在于,步骤(4)中所述聚甲基丙烯酸纳米薄膜还包括二氧化钛、二氧化锡、氧化铪、氧化锌、氧化铟、五氧化二钽、二氧化锆、三氧化二铁、四氧化三铁、二氧化硅、金纳米粒子、银纳米粒子、铜纳米粒子中的任意一种或多种。
6.根据权利要求1或5所述的一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法,其特征在于,步骤(4)中所述聚甲基丙烯酸纳米薄膜沉积反应在拉直固定后的LPFG栅区包层表面进行。
7.根据权利要求1所述的一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法,其特征在于,步骤(6)中所述探针为OTA的单克隆抗体。
8.根据权利要求8所述的一种聚甲基丙烯酸LPFG检测OTA的方法,其特征在于,所述OTA的单克隆抗体对OTA分子有特异性识别能力。
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CN104502431A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-04-08 | 广西科技大学 | 一种厚朴酚/甲基丙烯酸制备分子印迹膜修饰玻碳电极的制备方法 |
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