关键词：
二氧化钛反蛋白石
光电化学
生物传感器
黄曲霉毒素B1
饲料安全
摘要：
黄曲霉毒素是黄曲霉和寄生曲霉在霉变谷物中产生的强毒、强致癌物质,黄曲霉毒素广泛存在于玉米、小麦、燕麦、高粱等饲料和饲料原料中,对动物健康造成严重威胁,而且给养殖业带来了损失,还能通过肉类、蛋类、牛奶等动物产品进入人体,危害人类健康。因此,对于真菌毒素检测具有重要意义,常规分析检测方法有薄层色谱法、酶联免疫法、高效液相色谱法和液相色谱-质谱法,但是这些分析方法样品处理繁琐,需要昂贵仪器和专业人员,很大程度上限制了应用。光电化学（Photoelectrochemical,PEC）生物传感器因其灵敏度高、背景信号低、成本低、设备简单、重现性好、高选择性、易用性、快速响应等优点,已发展成为有效分析工具,被认为是一种很有前景的真菌毒素检测方法。本论文是基于制备光电转换性能优良的三维二氧化钛反蛋白石结构（TiO2 inverse opal,TiO2 IO）,通过合成硫化镉量子点（CdS QDs）和碳量子点（CDs QDs）与TiO2 IO形成纳米复合结构,构建了优良的光电化学生物传感平台,设计不同的光电化学生物传感方法,提出了多种新型的光电化学生物分析和光学可视化分析双信号检测方案,实现对饲料及饲料原料中黄曲霉毒素B1（Aflatoxin B1,AFB1）特异性高灵敏检测。首先,本论文成功制备了三维二氧化钛反蛋白石结构光电化学生物传感电极,并以此为基础,构建了一种基于酶促生物催化沉淀的,具有光电化学和光学可视化双信号输出的生物传感器平台,成功应用于模型目标物人Ig G分析检测。具体地,将CdS QDs修饰到通过模版法制备的TiO2 IO/FTO电极表面,并构建酶标记人Ig G三明治免疫复合物,碱性磷酸酶可以催化5-溴-4-氯-3-吲哚磷酸（BCIP）生成灰紫色不溶性产物,阻碍电极界面电子转移从而抑制光电流产生。同时,在电极表面形成沉淀物具有颜色,人Ig G浓度与颜色强度相关,可作为光电化学信号补充及验证。该光电化学生物传感器具有较好的线性范围5 pg/m L-100 ng/m L,检出限0.15 pg/m L（S/N=3）,该大孔反蛋白石结构PEC生物传感平台的成功构建为后续AFB1检测奠定了基础。其次,以丝素粉为原料水热合成了CDs QDs,以三维TiO2 IO为基底,制备了CDs/TiO2 IO/FTO电极,构建了一种新型光电化学生物传感器用于AFB1检测。具体地,TiO2 IO和CDs形成纳米复合结构,可见光利用率提高和带隙匹配效应,显著提高了其光电化学性能。由于CDs QDs表面羧基基团和AFB1适配体中氨基基团发生EDC耦合作用,可以将AFB1适配体固定在CDs QDs表面,目标物AFB1与适配体特异性结合,形成绝缘层,阻碍界面电子转移从而降低光电流。光电流降低变化量与AFB1浓度对数值呈线性关系,PEC生物传感器对AFB1检测线性范围为5 pg/m L-50ng/m L,检出限1.27 pg/m L（S/N=3）。此外,该光电化学生物传感器实现了实际样品玉米中AFB1的检测,充分证明了CDs/TiO2 IO光电化学生物传感器平台具有检测饲料原料中AFB1的巨大潜力。最后,对上述CDs/TiO2 IO/FTO电极进行改进,以酶促生物催化沉淀反应和适配体特异性识别为基础,成功实现了目标物AFB1高灵敏检测。具体地,首先制备CDs/TiO2 IO/FTO电极,将氨基修饰的AFB1适配体互补链固定到电极表面,通过杂交反应将碱性磷酸酶标记的适配体链（ALP-aptamer）引入电极。在AFB1不存在时,ALP-aptamer与互补DNA链杂交,ALP催化产生的沉淀可猝灭光电流;在AFB1存在时,AFB1与ALP-aptamer发生特异性生物识别反应,由于目标物与适配体间的亲和性大于DNA双链,因此竞争形成aptamer-AFB1复合物而脱离电极,从而光电流信号恢复,光电流的变化值与AFB1浓度成比例关系,所构建的光电化学生物传感器对AFB1检测线性范围为5 pg/m L-50 ng/m L,检出限2.38 pg/m L（S/N=3）。另外,ALP催化BCIP产生具有颜色的沉淀物,电极表面颜色强度与AFB1含量成比例关系,可进一步实现光学可视化分析。另外,该生物传感器成功实现了鸡饲料和饲料原料小麦面粉中AFB1检测,在饲料安全领域具有广阔的应用前景。本论文基于二氧化钛反蛋白石结构生物传感平台开发了多种新型光电化学生物传感器,实现了饲料及饲料原料中AFB1检测,为饲料及饲料原料其它毒素检测提供了新的思路,同时也有望应用于食品安全、环境保护、临床医学等领域重要目标物的分析检测。
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