基于聚吡咯纳米材料的制备及其在肉品成分检测中的应用

摘要

决定消费者购买欲望是肉的食用品质。肉的食用品质主要包括其风味、嫩度、色泽、多汁性、香气等，这和肉中的内源性成分的浓度和稳定性相关。所以，如何快速、精准的检测到肉中的这些内源性成分成为当前研究者们关注的热点问题。本论文紧紧地抓住现有和肉色相关联的蛋白检测方法还不能满足生物检测需求的重要科学问题，结合了纳米材料与生物传感技术，在分子水平与纳米尺度上设计并合成具有良好生物相容性的纳米材料，并且组装构建至生物传感，通过电化学的实验，对这类生物传感器电化学性能进行了系统的检测和分析，定量快速地检测肉中的内源性成分。
　　聚吡咯(PPy)因电导率高、环境稳定性好与易于化学或电化学聚合等等优点而备受广泛关注。而且纳米粒子具有了比表面积大、催化效率高、吸附能力强、表面反应活性高和表面活性中心多等等特性，可以改善聚吡咯材料的强的化学惰性与紫外吸收的光学性质。因此本论文在利用聚吡咯，两亲性聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷(PEO-PPO-PEO)嵌段共聚物Pluronic F127(F127)和金纳米粒子(Au NPs)，合成了PPy-F127 NPs，PPy-Au NPs，PPy-F127-Au NPs，并将这三种材料修饰到电极表面，以电化学方法为基础，选取肉品品质最常用的指标(乳酸、肌红蛋白(Mb)、肌苷酸(IMP))作为典型研究对象，构建了几种快速检测这三种成分的电化学方法，为进一步推动与肉色相关的蛋白高效检测技术的发展提供理论和实验依据。具体内容和结果如下:
　　1.基于PPy-F127 NPs的生物传感器检测肉品中乳酸的含量。采用一步合成法成功合成了PPy-F127 NPs。利用透射电镜，研究了PPy-F127 NPs的结构形貌，利用紫外光谱，元素分析表征了PPy-F127 NPs的成功合成。并对PPy-F127 NPs的生物相容性进行了评价，实验证明PPy-F127 NPs具有良好的生物相容性。在玻碳电极(GCE)电极表面修饰PPy-F127 NPs，利用静电吸附原理在PPy-F127 NPs/GCE修饰上乳酸氧化酶(LOx)，乳酸氧化酶催化电解液中的乳酸，产生电化学信号。在最优实验条件下检测乳酸含量，线性范围为0.015-37.5mM，线性回归方程为I(μA)=0.02353c(mM)+1.4135(R2=0.9939)，检测限为0.0088mM。通过实验，我们发现该生物传感器对尿酸，抗坏血酸，葡萄糖，半胱氨酸具有良好的抗干扰能力。该生物传感器可以用于实际样品的检测，且结果获得令人满意的结果。
　　2.基于PPy-Au NPs和肌红蛋白适配体(MBA)的特异性结合构建肌红蛋白适体传感器。采用一步绿色合成法成功制备了PPy-Au NPs纳米杂化材料，利用透射电镜，研究PPy-Au NPs的结构形貌，利用红外光谱、漫反射紫外、紫外光谱对PPy-Au NPs进行表征，圆二色谱用来估测PPy-Au NPs的生物相容性。用PPy-Au NPs修饰玻碳电极(PPy-Au NPs/GCE)，并在修饰的电极表面嫁接上肌红蛋白适配体(MBA/PPy-Au NPs/GCE)，该修饰电极能特异性绑定识别肌红蛋白，形成Mb/MBA/PPy-Au NPs/GCE。由于肌红蛋白不导电，一旦肌红蛋白被绑定到MBA/PPy-Au NPs/GCE表面，就能够阻碍电极表面电子的传递。在最优实验条件下，该适体传感器的检测线性范围为0.0001-0.15g/L，检测限为30.9ng/mL。将适体传感器用于实际样品检测，适体传感器具有良好的抗干扰能力，具有可靠的实验结果。
　　3.基于PPy-F127-Au NPs构建过氧化物酶/5'-核苷酸酶(peroxidase/5'-nucleotidase)双酶生物传感器检测肌苷酸含量。综合PPy，F127，Au NPs的优良特性，我们成功合成了PPy-F127-Au NPs。通过红外光谱，紫外光谱验证PPy-F127-Au NPs的成功合成，通过透射电镜观察PPy-F127-Au NPs的形貌特征，用圆二色谱估测PPy-F127-Au NPs的生物相容性，并用表面接触角实验测定PPy-F127-Au NPs的生物相容性和亲水性。分析双酶传感器的电化学行为，并用构建的双酶生物传感器检测肌苷酸的浓度。线性循环伏安法和方波伏安法表明，在双酶传感器表面发生了肌苷酸的催化反应，且肌苷酸的检测浓度范围是0.05-15g/L，最低检测限为3.85ng/mL。同时，我们发现该双酶传感器具有良好的抗干扰能力，稳定性和重复性。双酶传感器检测结果与高效液相色谱检测结果相似。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 生物传感器

1．1．1 生物传感器的发展

1．1．2 生物传感器的特点

1．1．3 生物传感器在食品工业的应用

1．1．4 生物传感器的研究困难和挑战

1．2 聚吡咯简介

1．3 肉品品质检测

1．3．1 乳酸

1．3．2 肌红蛋白

1．3．3 肌苷酸

1．4 本课题的基本思路和目的

第二章 PPy-F127NPs的合成及在肉品乳酸检测中的应用

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂和仪器

2．2．2 PPy-F127 NPs的合成

2．2．3 PPy-F127 NPs的表征

2．2．4 生物相容性评价

2．2．5 纳米粒子的生物传感器的构建、性能评价以及对肉品中乳酸的检测

2．3 结果与讨论

2．3．1 PPy-F127 NPs的表征

2．3．2 生物相容性评价

2．3．3 Nafion／LOx／(PPy-F127)／GCE生物传感器的的电化学实验

2．3．4 Nafion／LOx／(PPy-F127)／GCE生物传感器性能检测

2．3．5 Nafion／LOx／(PPy-F127)／GCE生物传感器的稳定性和抗干扰性

2．3．6 实际样品检测

2．4 结论

第三章 基于PPy-Au NPs适体传感器的构建和肌红蛋白的检测

3．1．介绍

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与仪器

3．2．2 PPy-Au NPs的制备

3．2．3 PPy-Au NPs的表征

3．2．4 生物相容性评价

3．2．5 构建基于PPy-Au NPs的适配体传感器和肌红蛋白的检测

3．3 结果与讨论

3．3．1 PPy-Au NPs的表征

3．3．2 MBA／(PPy-Au NPs)／APTES／GCE适配体传感器的电化学表征

3．3．3 MBA／(PPy-Au NPs)／APTES／GCE适配体传感器的条件优化

3．3．4 MBA／(PPy-Au NPs)／APTES／GCE适配体传感器的电化学研究

3．3．5 MBA／(PPy-Au NPs)／APTES／GCE适体传感器的特异性检测

3．3．6 MBA／(PPy-Au NPS)／APTES／GCE适体传感器的稳定性和可重复使用性

3．3．7 实际样本分析

3．4 结论

第四章 基于PPy-F127-Au NPs双酶生物传感器的构建和肉品中肌苷酸含量的检测

4．1 介绍

4．2 实验部分

4．2．1 试剂和仪器

4．2．2 PPy-F127-Au NPs的制备

4．2．3 PPy-F127-Au NPs的表征

4．2．4 生物相容性评价

4．2．5 基于PPy-F127-Au NPs双酶生物传感器的构建和肉品中肌苷酸含量的检测

4．3．结果与讨论

4．3．1 PPy-F127-Au NPs的表征

4．3．2 CS／peroxidase-5’-nucleotidase／PPy-F127-Au NPs修饰电极的表征

4．3．3 生物相容性评价

4．3．4 双酶生物传感器条件优化

4．3．5 CS／peroxidase-5’-nucleotidase／PPy-F127-Au NPs双酶传感器检测肌苷酸

4．3．6 CS／peroxidase-5’-nucleotidase／PPy-F127-Au NPs双酶传感器的稳定性和抗干扰性能

4．3．7 实际样品分析

4．4 结论

参考文献

在读期间发表的学术和会议论文

致谢