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分子印迹光子晶体传感器的制备及检测应用

【摘要】:我国的食品安全体系仍在建立阶段,尚未完善,食品安全问题频发,特别是动物源性食品的药物残留问题已经引发了消费者的广泛关注。恩诺沙星是常用的广谱杀菌药物,被广泛应用于禽畜及水产养殖中,大剂量使用会在动物体内发生蓄积从而滞留在动物肾脏和肝脏。残留的恩诺沙星及其代谢物环丙沙星会随着养殖废水和生活污水排到污水处理厂中,现有的水处理工艺难以将其有效去除,会对水体和土壤造成一定的污染,甚至诱导抗药菌株的产生。另外,苯佐卡因是常用鱼用麻醉剂中的一种,可以降低鱼体的应激反应,进而提高长途运输的过程中鱼的存活率。给鱼体施用麻醉剂后,应该经过一定的休药期再上市出售,以保证在消费者食用之前鱼体内的麻醉剂浓度达到对人体健康无害的限值。而鱼体死亡后麻醉剂的含量不会再降低,直接食用这些麻醉剂含量高的鱼会给人类健康带来危害。目前我国暂时缺乏对鱼用麻醉剂的相关法律法规、使用标准和检测标准,因此市场上有可能会存在不规范使用或者滥用的情况,其药物残留和安全性问题引起消费者的高度重视。动物源性食品的药物残留问题对人体健康和生态环境都存在巨大的潜在风险,长期食用药物残留超标的动物源性食品有可能会导致慢性中毒、过敏反应等症状,严重者会致癌、致畸、致突变,必须采取更为有效的监管措施和检测手段。药物残留现有的仪器检测方法具有仪器昂贵、对操作人员要求高等不足之处,难以满足现场实时检测的要求。分子印迹技术具有预定性、专一性识别、实用性等特点,可以根据不同的需要设计不同的分子印迹聚合物,该聚合物具有较强的稳定性和较长的使用寿命。响应性光子晶体具有信号自表达的特点,可以快速地响应目标分子。本研究结合分子印迹技术专一性识别与响应性光子晶体信号自表达的优点,以恩诺沙星和苯佐卡因为模板分子,分别构建便携式的恩诺沙星和苯佐卡因反蛋白石分子印迹光子晶体(molecularly imprinted photonic crystal,MIPC)传感器。具体的研究工作如下:(1)分别通过改进的St?ber法和乳液聚合法制备了单分散、球形度好、粒径均一的二氧化硅(SiO_2)和聚苯乙烯(PS)微球,对其合成条件进行了优化,然后通过垂直沉积自组装的方法制备SiO_2和PS光子晶体,两种光子晶体均形成面心立方结构和鲜明的结构色,衍射峰波长随着微球粒径的增加而出现红移,为反蛋白石MIPC传感器的制备提供了较好的模板。(2)制备恩诺沙星反蛋白石MIPC传感器,并重点研究分子印迹体系的优化,挑选出最为适合的功能单体、溶剂、交联剂和洗脱液。实验结果表明,分子印迹过程中聚合条件的不同对MIPC的识别性能具有较大的影响。最后选定丙烯酸(AA)作为功能单体,甲醇作为溶剂,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)作为交联剂且最佳用量为57μL,模板分子、功能单体与交联剂的最佳摩尔比例为1:6:3,0.01 mol/L NaOH溶液:甲醇=2:3(V:V)为洗脱液。所制备的恩诺沙星MIPC能够快速有效地识别目标分子,具有良好的响应性能。(3)制备苯佐卡因反蛋白石MIPC传感器,通过各种实验对其识别性能进行优化并将其应用于实际样品(鱼肉)的检测。实验结果表明,苯佐卡因MIPC能快速识别目标分子,并能多次重复利用。随着苯佐卡因浓度的增加,MIPC衍射峰红移约35 nm,颜色由绿色逐渐变为黄色,成功实现“可视化”检测,最低检出限为0.001 mol/L(165mg/L),而非印迹光子晶体(Non-imprinted photonic crystal,NIPC)红移量只有19 nm。将苯佐卡因MIPC应用于鱼肉样品的检测,与HPLC检测方法对比,两种方法的加标回收率基本一致,验证了将MIPC传感器应用于实际样品中痕量苯佐卡因的初步筛查和常规分析的可行性。本传感器的成功研发对动物源性食品的药物残留检测工作具有现实的研究价值,为进一步建立自动化的动物源性食品药物残留分析仪器做出了探索性的工作和提供了新的思路,有望最终应用于食品安全检测部门乃至家庭等的现场实时快速检测,对保障人类健康具有积极的社会意义。

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