基于多级生物放大策略的核酸适配体光学传感器及其对食品中氯霉素残留分析

摘要

抗生素作为一类新兴污染物在食品中不断被检测到。这类污染物因具有“假”持久性并能引起环境菌群的抗药性而受到广泛关注。在真实样品比如鱼样与牛奶中，抗生素的含量极低，一般存在都是痕量级别（ng mL-1）同时存在很多结构类似物基质干扰严重，并且很难做到现场检测。这使得需要寻找一种灵敏、特异性强的方法对抗生素进行现场检测。而比色与荧光法能够满足上述的要求。在本论文中，我们基于酶联聚合物、Exo I辅助目标物循环酶以及囊泡状脂质体等进行信号放大，适配体对氯霉素特异性识别，来巧妙的构建探针。
　　本研究主要从如下几个方面展开：
　　1.基于双链DNA抗体标记酶联聚合物作为纳米示踪剂进行信号放大的比色法
　　基于巯基化的适配体及未巯基化的互补链修饰到Fe3O4包裹Au（Fe3O4@Au）上捕获探针，双链DNA抗体标记酶联聚合物作为信号探针。复合探针的形成通过双链DNA抗体特异性识别双链 DNA免疫反应。当在复合探针溶液中存在目标物（氯霉素）时，适配体首先跟氯霉素结合，使信号探针脱落到上清液中。当通过磁性分离之后，上清液中含有大量的酶联聚合物。再在上清液中加入1 mg mL-1的TMB-H2O2溶液，使得上清液的颜色从无色变成蓝色，上清液的颜色变化与氯霉素的含量有关。在优化实验条件之后，氯霉素的浓度检测线性范围为在0.05–100 ng mL-1，最低检测限为0.015 ng mL-1(S/N=3)。这项工作将为氯霉素提供快速、简便的检测方法。
　　2.基于HRP固定在Pt纳米粒子上和Exo I辅助目标物循环的三倍信号放大比色法
　　基于Fe3O4@Au金磁微粒共标记双链DNA抗体和适配体获得捕获探针，采用适配体互补链结合Pt纳米粒子固定HRP作为信号探针；通过杂交链反应将捕获探针和信号标签结合获得检测探针。通过目标物取代和外切酶循环放大，构建而成一种新型的比色法适配体感器。当溶液中存在氯霉素与Exonuclease I（Exo I）时，探针适配体首先与目标物结合形成适配体-氯霉素复合物（aptamer–CAP）并使aptamer–CAP与cDNA/HRP-Pt从复合探针中掉下来进去上清液。与此同时当Exo I存在溶液中时，能够分解适配体使氯霉素（目标物）释放出来进行下一轮循环。因为Exo I能够沿着5’单磷酸到3’端（即-OH端）降解单链DNA，由此形成5’单核苷酸。然后通过磁性分离后得到的上清液中得到大量的Pt-HRP信号标签，再在分离之后的上清液中加入TMB-H2O2溶液，使其上清液的颜色从无色变为蓝色并且该蓝色的深浅与氯霉素的含量有关。该比色法适配体传感器对CAP的检测范围为0.001–10 ng mL?1，检出限为0.3 pg mL?1。该比色法适配体传感器的主要优点在于Pt纳米粒子、HRP以及Exo I辅助目标物循环三倍信号放大，使比色法的检测限大大的增加。同时该方法可以应用到牛奶样品的现场检测当中，且该结果和商业化的ELASA方法显示的结合一致。
　　3.基于信号“开”策略的荧光传感器研究
　　基于一种简便的“开”信号策略的荧光传感器，用于食品中氯霉素残留检测。我们构建了一种新型磁性适体探针（血红素/G四链体（hemin/G-quadruplex）标记在核酸适-铂-鲁米诺（Apt-Pt-Luminol）纳米粒子上。首先复合探针的制备通过捕获探针（双链 DNA抗体标记在磁珠上）与纳米示踪剂（双链DNA，hemin/G-quadruplex共同标记在Pt-Luminol纳米复合上）。当检测溶液中存在氯霉素时，在复合探针中适配体首先与氯霉素结合，并释放出核酸适配体与氯霉素结合的复合物和 hemin/G-quadruplex-Pt-Luminol纳米粒子。因为Pt纳米粒子与hemin/G四链体都能够催化H2O2产生大量的活性氧，使Luminol的荧光信号双倍放大。从而实现灵敏的检测氯霉素。同时该检测范围在0.001-100 ng mL-1，最低检测限为0.5 ng mL-1。该方法检测的结果与国标法（GC-MS方法）检测的结果一致。
　　4.基于核酸适配体-脂质体囊泡探针的荧光传感器研究
　　将单链 DNA结合蛋白固定在氨基化的脂质体上，进而用1,1’-Dioctadecyl-3,3,3‘,3’-tetramethylindodicarbocyanine perchlorate（DIL）荧光染色（DIL是一种亲脂性膜染料）作为信号标签，通过免疫反应固定到适配体修饰的磁珠表面，由此构建了一种荧光适配体复合探针。当检测溶液中存在氯霉素时，在复合探针中的适配体首先与氯霉素结合并释放出信号探针到上清液中，使得上清液的含有大量的 DIL，并在565 nm处产生强烈的发射波长。氯霉素的浓度大小与565 nm处的荧光强弱成正比。通过此对氯霉素进行定量，该检测范围在0.003-10 nM，最低检测限为1 pM。
　　5.基于均相检测与荧光“关-开”策略的荧光传感器研究
　　基于囊泡状脂质体包裹量子点作为信号探针与金纳米粒子修饰核酸适配体作为捕获探针从而设计出了均相检测与荧光“关-开”策略的荧光传感器。在这里复合探针的形成通过单链 DNA结合蛋白固定到氨基化的脂质体包裹量子点表面，并与核酸适配体（单链DNA）修饰了金纳米粒子之间的免疫反应。当复合探针形成的时候荧光处于“关”（金纳米粒子与量子点在距离小于10 nm的时候，金纳米粒子可以通过荧光共振能量转移（FRET）猝灭量子点的荧光）。当检测溶液中存在氯霉素时，在复合探针中的适配体首先与氯霉素结合，从而使核酸适配体修饰了金纳米粒子从复合探针中脱落下来，这时因为金纳米粒子远离量子点使得荧光处于“开”状态。当溶液通过分子荧光仪时没有金纳米粒子结合的脂质体包裹量子点在537 nm处产生强烈的发射波长。氯霉素的浓度大小与537 nm处的荧光强度成正比，通过此对氯霉素进行定量，结果显示检测氯霉素的线性范围在0.001 nM-10 nM，检测限为0.3 pM。

目录

声明

英文缩略词表

引言

1文献综述

1.1 抗生素核酸适配体

1.2 用于抗生素等小分子检测的比色法/荧光法适配体传感器

1.3 生物放大体系

1.4 本文研究背景、意义及内容

2基于双链DNA抗体标记酶联聚合物作为纳米示踪剂和信号放大的比色法检测抗生素

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

3基于HRP固定在Pt纳米粒子上和Exo I辅助目标物循环的三重信号放大比色法及其用于抗生素检测研究

3.1引言

3.2 试剂和方法

3.3 结果与讨论

3.4本章小结

4基于信号“开”策略的荧光传感器检测抗生素的研究

4.1 引言

4.2 实验

4.3结果与讨论

4.4本章小结

5基于核酸适配体-脂质体囊泡探针的荧光传感器检测抗生素研究

5.1引言

5.2 实验

5.3结果与讨论

5.4本章小结

6基于均相和信号“关-开”策略的荧光核酸适配体传感器利用囊泡量子点胶体金复合探针检测抗生素

6.1引言

6.2实验

6.3结果与讨论

6.4本章小结

7全文总结与展望

7.1全文总结

7.2 展望

8在 学 研 究 成 果

致谢