基本信息
- 项目名称：
- 基于双树枝状放大效应的免疫传感器对苯并芘的快速检测
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本项目以苯并芘作为研究对象构建免疫传感器的研究，利用亚甲基蓝/二氧化硅核壳纳米粒子[9]特殊的优异性能以及PAMAM[10]独具的树枝状结构，分别从传感界面和信号标记两个方面同时进行信号放大，构建了痕量苯并芘检测的免疫传感器，有效地降低了检测限，对POPs的检测起到了积极作用。
- 详细介绍：
- 持久性有机污染物（Persistent Organic Pollutants, POPs）所引起的环境污染问题是影响世界环境安全的重要因素。然而对于公约中新POPs问题，我国的准备十分不足，基础工作相当薄弱。POPs测量分析技术的研究是开展POPs基础性研究的前提和基础。目前，POPs的测定以色谱法、色质联用等仪器联用技术为主，但是由于大多数POPs极性比较大，需要进行衍生以降低极性，加之POPs的区域分布、迁移转化规律调查涉及到海量样品，色谱分析预处理较复杂，因此，建立POPs的快速筛查分析方法显得尤为重要。 本项目利用了PAMAM特有的树枝状结构，结合分子表面氨基的放大效应，极大地提高了抗原的固定量；同时，以多酶标记二抗复合物代替单标记二抗，以高的HRP/二抗比例与纳米材料偶联，在一个抗体上标记多个HRP酶，再次进行信号放大。由三联噻吩电聚合、PAMAM放大、固定抗原三步制得免疫传感器探针，通过免疫竞争反应、二抗复合物标记、酶促反应实现生物信号到电信号的转化。基于这种抗原固定和二抗检测的“双树枝状放大效应”，开展快速、灵敏、专一检测POPs的免疫传感分析方法的研究。 同时，利用不同的仪器分别对PAMAM和纳米粒子进行表征，以研究其性能特点，选取具有最优性能的物质进行信号放大，优化传感器。结果表明，所构建的传感器能对痕量的POPs产生明显的响应信号，检测限大幅度降低。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的： 本作品旨在通过PAMAM和纳米粒子的双放大效应，提高响应灵敏度，建立苯并芘的快速、灵敏的免疫分析，为POPs的检测提供新手段。 基本思路： (1) 合成树枝状聚合物PAMAM(2)合成亚甲基蓝/二氧化硅核壳纳米粒子(3)制备多酶标记二抗(4)构建免疫传感器，并对检测条件进行优化基于竞争反应对苯并芘进行检测。
科学性、先进性及独特之处
- 传统的环境监测通常采用离线、实验室分析方法，分析速度慢、操作复杂、分析仪器大且昂贵，无法进行现场快速分析和连续在线监测，在环境监测上存在着明显不足。 本项目利用了PAMAM特有的树枝状结构，结合分子表面氨基的放大效应，极大地提高了抗原的固定量；以高的HRP/二抗比例与纳米材料偶联，在一个抗体上标记多个HRP酶，再次进行信号放大。开展快速、灵敏、专一检测POPs的免疫传感分析方法的研究。
应用价值和现实意义
- 传统的环境监测通常采用离线、实验室分析方法，分析速度慢、操作复杂、分析仪器大且昂贵，无法进行现场快速分析和连续在线监测，在环境监测上存在着明显不足。本项目在免疫传感器的基础上，采用了具有放大信号优势的PAMAM和二抗复合物对传感器作进一步修饰，大大的提高了响应灵敏度，克服了环境样品中苯并芘含量较低、难监测的缺点，为生物技术在环境监测上的应用构建了一个较好的检测体系。
学术论文摘要
- 持久性有机污染物（POPs）是一类具有环境持久性、生物累积性、长距离迁移能力和高生物毒性的特殊污染物，它已成为全球化学品污染控制的重点对象和全球性环境问题的关注焦点。目前我国POPs的污染问题非常严重，对POPs进行连续、快速监测已成为了加快其污染治理的迫切要求。因此，实现对苯并芘的快速检测显得尤为重要。 本论文采用Mihcael加成和酰胺化缩合反应合成G2.0酰胺-胺树枝状聚合物，通过红外、核磁、热重分析，研究其结构特点，结果表明，G2.0 PAMAM每一分子带有16个氨基，通过戊二醛使其偶联电极表面的聚三联噻吩导电膜，氨基的数目得到放大，这样就可以固定更多的抗原分子；在标记步骤中，采用多标记二抗复合物代替单标记的二抗与抗体结合，以高的HRP/二抗比例与纳米材料偶联，在一个抗体标记多个HRP酶，进行信号放大。由三联噻吩电聚合、PAMAM放大、固定抗原三步制得免疫传感器探针，通过免疫竞争反应、二抗复合物标记、酶促反应实现生物信号到电信号的转化，在放大信号的基础上实现了对低含量苯并芘的快速检测。
获奖情况
- 1. 钟苑雯, 林谋宏, 周洁丹, 刘英菊*. 铁氰化镨修饰的电化学传感器的研制及其对半胱氨酸的测定. 分析化学, 2010, 38(2): 229-232. (SCI收录) 2. Chunping Wang, Jiedan Zhou, Yibin Huang, Genquan Liang, Yingju Liu*, Hongtao Lei. Portable Benzo[a]pyrene Immunosensor Based on the Polyanline Nanofiber Modified Screen-printed Electrode. 2010 Advanced Polymer Processing (Qingdao) International Forum, 2010,11. (EI 收录) 3. Mouhong Lin, Yingju Liu*, Chuanhe Liu, Zhuohong Yang, Yibin Huang. Sensitive immunosensor for benzo[a]pyrene detection based on dual amplification strategy of PAMAM dendrimer and amino-modified methylene blue/SiO2 core-shell nanoparticles. Biosensor & Bioelectronics, 2011, in press. (IF 5.429, SCI 收录) 4. 黄英强, 黄溢彬, 张胜来, 费世东, 刘英菊. 普鲁士蓝类纳米粒子的合成及其在双氧水检测中的应用. 广东化工, 2010, 37(8): 157-158
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] Yu X, Munge B, Patel V, Jensen G, Bhirde A, Gong J D, Kim S N, Gillespie J, Gutkind J S, Papadimitrakopoulos F, Rusling J F. Carbon nanotube amplification strategies (放大策略) for highly sensitive immunodetection of cancer biomarkers. J. Am. Chem. Soc., 2006, 128: 11199-11205. [2] Mani V, Chikkaveeraiah B V, Patel V, Gutkind J S, Rusling J F. Ultrasensitive immunosensor for cance biomarker proteins using gold nanoparticle film electrodes and multienzyme-particle amplification(多酶标记). ACS nano, 2009, 3(3): 585-594. [3] Du D, Zou Z, Shin Y, Wang J, Wu H, Engelhard M H, Liu J, Aksay I A, Lin Y. Sensitive immunosensor for cancer biomarker based on dual signal amplification strategy (双放大效应) of graphene sheets and multienzyme functionalized (多酶标记) carbon nanospheres. Anal. Chem., 2010, 82, 2989-2995.
同类课题研究水平概述
- 我国POPs的环境污染现状十分严峻，包括土壤污染、水污染、大气污染等。POPs包括滴滴涕、六六六、七氯、狄氏剂、艾氏剂、异狄氏剂、灭蚁灵和毒杀芬等。农业在中国经济中占据着相当重要的地位，中国曾大量生产和使用过滴滴涕、毒杀芬、六氯苯、氯丹和七氯等5种POP s农药。残留在土壤中的POPs农药可通过地表径流和干湿沉降进入河网，对河流和海洋的水体、沉积物以及水生生物产生一定的影响。 为加强对POPs的控制，2007年，国务院批准了由国家环保总局会同外交部、发改委、科技部、财政部等13个相关部门组织编制的《中国履行〈关于持久性有机污染物(POPs)的斯德哥尔摩公约〉国家实施计划》。该实施计划明确指出POPs 在环境中迁移和转化规律的研究对人类健康、环境、社会、经济和文化的重要意义，因此开发可以替代、减少和消除POPs 排放的产品技术和测量分析技术也成了亟需的任务，以此来加强POPs 在人体的蓄积和放大、及在生物体和人体暴露的研究，进一步研发POPs降解和去除机制。 POPs测量分析技术的研究是开展POPs基础性研究的前提和基础。目前，POPs的测定以色谱法、色质联用等仪器联用技术为主，但是由于大多数POPs极性比较大，需要进行衍生以降低极性，加之POPs的区域分布、迁移转化规律调查涉及到海量样品，色谱分析预处理较复杂，因此，建立POPs快速筛查分析方法显得尤为重要。 电化学免疫传感技术以其高特异性、低成本、操作简便等特点，在病毒、生物毒素、农药、有机污染物等分析领域获得广泛研究。在电化学免疫传感器的研制中，免疫传感器的灵敏度取决于抗原在基底电极的固定量和固定过程的稳定性。因此，提高灵敏度，需要提高生物大分子的固定量。其次，在免疫传感器的研制中，免疫传感器的灵敏度还取决于响应信号的检测机制。在电化学免疫传感器中，响应信号通常是基于酶标抗体或二抗固定后基于酶对底物的响应进行检测，因此，提高灵敏度，需要提高酶的固定量。通过碳纳米管、量子点、纳米铂等纳米材料将酶标抗体或二抗与相应的酶按一定比例进行结合(即多酶标记)，再利用固定的酶进行检测，可对电流信号进行放大。多酶标记的信号放大效果非常明显，但是酶的活性却因为与纳米材料的结合而显著下降。因此，选择生物相容性的纳米材料形成多酶标记物是免疫传感器研究的发展趋势。
