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纳米磁珠-电化学适配体传感技术检测牛奶中氨苄青霉素

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-02-29
核心提示:氨苄青霉素(AMP),又称氨苄莫林,因其耐酸耐霉、杀菌活性强、毒性低及广谱廉价等优点,广泛应用于奶牛养殖产业中。经常食用AMP残留奶制品会增强机体耐药性,造成肝肾功能损害,严重的还会影响机体耐药基因的传递和患病医学治疗。国内外对牛奶中AMP最大残留量的强制规定推动了AMP检测方法的发展与创新
   氨苄青霉素(AMP),又称氨苄莫林,因其耐酸耐霉、杀菌活性强、毒性低及广谱廉价等优点,广泛应用于奶牛养殖产业中。经常食用AMP残留奶制品会增强机体耐药性,造成肝肾功能损害,严重的还会影响机体耐药基因的传递和患病医学治疗。国内外对牛奶中AMP最大残留量的强制规定推动了AMP检测方法的发展与创新。
 
  目前,常用的AMP检测方法存在过程繁琐、仪器昂贵和操作复杂等缺点。近年来,免疫分析(IAs)法应用日趋广泛,但由于AMP是小分子化合物,存在抗体质量不稳定、方法特异性差等问题,限制了IAs法的普及。适配体克服了传统抗体的缺点,具有筛选周期短、合成批次间差异小、亲和性和特异性高等特点,为小分子化合物检测提供了一种可替代的识别元件。以适配体作为识别元件的传感检测技术开始崭露头角。对于将纳米磁磁与电化学技术相结合运用于食品中AMP检测的报道甚少,仍有待深入研究。
 
  河南科技大学食品与生物工程学院的朱俊亚、李芳*和赵兰馨等人以AMP为研究对象,选择纳米磁磁为载体,将两者共价偶联。在AMP-适配体特异性结合基础上,以偶联的AMP为识别探针,与待测样中的AMP共同竞争反应体系中的适配体和辣根过氧化物酶,并利用磁性玻碳电极将上述磁磁吸附于电极检测表面直接进行电化学测定,构建可用于牛奶中AMP高效检测的电化学适配体传感检测方法。
 
  1 电极修饰表征
 
  采用循环伏发法表征磁性AMP信号探针在电极表面的修饰。图2为不同电极在0.1 mol/L KCl+1 mmol/L溶液中的循环伏发曲线。如图2所示,曲线a为裸磁性玻碳电极的CV曲线,呈现明显的氧化还原特征,表现出可逆的氧化还原行为。曲线b为修饰了磁性AMP信号探针后的电极循环伏发曲线,在磁性作用下,所构成的磁性AMP信号探针被修饰到磁性玻碳电极的检测表面,形成一层不导电的绝缘核酸、蛋白层,阻碍了电子的传输,从而导致氧化还原电流值降低。此现象表明磁性AMP信号探针已成功固定到电极的表面上。
 
  2 反应条件的优化
 
  为提高适配体传感器的性能,同时达到节约成本、节省时间的目的,对磁性AMP-适配体复合物形成过程中的反应时间、反应pH值、检测过程中磁性信号探针的使用量、测试过程中底液H2O2及HQ浓度等进行优化。
 
  2.1 反应时间的优化
 
  为保证反应体系中的AMP充分竞争获得AMP适配体形成相应状态的AMP-适配体复合物,对反应时间为10、20、30、40、50 min和60 min的样品进行电化学分析,结果显示,反应进行前30 min,净电流值随时间延长快速增加,于第30分钟处达到最大值,反应进行30 min后,净电流值随时间延长开始呈现缓慢下降趋势。选定最优反应时间为30 min。
 
  2.2 反应pH值的优化
 
  测定不同pH值条件下样品的电化学信号,结果显示,随着pH值的升高,适配体传感器检测的净电流值也在增加,在pH 8.0时净电流值最大。继续升高pH值时,净电流值反而急速下降。选定AMP-适配体竞争反应的最优pH值为8.0。
 
  2.3 磁性信号探针使用量的优化
 
  实验中依次将10、30、50、100 μg和150 μg磁性信号探针磁吸固定于处理过的工作电极检测表面,通过电化学工作站对净电流值进行检测分析。结果显示,随着磁性信号探针使用量的增加,净电流值快速增大,在50 μg处达到最大值。当继续增加磁性信号探针使用量时,净电流值反而呈现逐步下降趋势。磁性信号探针的最优使用量为50 μg。
 
  2.4 检测条件的优化
 
  检测H2O2浓度对净电流值的影响,结果显示,H2O2浓度在0.5 mmol/L时,净电流值达到最大值,所以H2O2最优浓度为0.5 mmol/L。同时,以相同的实验方法,检测HQ浓度对净电流值的影响。结果显示,HQ浓度在0.5 mmol/L时,净电流值最大,其余浓度条件下的净电流值虽有变化,但都远小于0.5 mmol/L时的净电流值。因此,HQ最优浓度为0.5 mmol/L。
 
  3 AMP的定量检测结果
 
  在最优实验条件下,采用本传感检测方法对不同AMP浓度梯度为的样品进行测定。如图8所示,其氧化电流值随着待测样品中AMP浓度的降低而升高。以样品浓度的对数为横坐标,竞争前后的净电流值为纵坐标作图,结果显示该适配体传感器在AMP含量为1.0×10-12~1.0×10-8 mol/L的浓度梯度范围内存在良好的线性关系,线性回归方程为:ΔI/μA=2.239 8+0.171 9 lgCAMP,R2=0.995 4,检出限为1.0×10-12 mol/L。
 
  该适配体传感器检测法与文献报道的AMP检测法相比,有较低的检测限和较宽的检测范围。此外,将制备好的适配体传感器置于4 ℃条件下避光保存,在最优实验条件下,每隔1 d对浓度为1.0×10-9 mol/L的AMP进行电化学检测,以检测该适配体传感器的稳定性。在1.0×10-9 mol/L AMP条件下,线性扫描伏发法测定结果的日内精密度为1.51%,日间精密度为3.30%。上述结果表明,放置一段时间的适配体传感器检测效果与最初制备的适配体传感器检测效果差异不大,具有良好的稳定性(7 d)。
 
  4 方法特异性
 
  为验证该适配体传感器的特异性,排除实际样品检测中可能遇到的其他族类或结构类似抗生素的干扰,分别加入1.0×10-8 mol/L AMP,1.0×10-6 mol/L的阿莫莫林、四环素、卡那霉素和红霉素反应进行电化学信号测定。结果显示,当检测体系中存在1.0×10-8 mol/L的AMP时,净电流值明显最高,但是当检测体系中的AMP由1.0×10-6 mol/L的其他抗生素替代时,净电流值都明显偏低。由此表明,本实验构建的适配体传感器对AMP具有较高的特异性。
 
  5 牛奶样品检测结果
 
  取购自超市的新鲜纯牛奶,进行预处理后,对其进行加标回回实验,加标回回率为95.24%~101.30%,相对标准偏差(RSD)不大于4.38%(n=5)。结果表明:该电化学适配体传感检测方法准确可靠,可用于实际牛奶样品中AMP含量的测定。
 
  结    论
 
  以羧基纳米磁磁为载体,适配体与AMP特异性结合为基础,构建AMP电化学适配体传感器。采用碳二亚胺交联法制备了修饰有AMP的磁磁,并以其为磁性识别探针,与待测样中AMP共同竞争反应体系中的适配体和辣根过氧化物酶,随后利用磁性电极将上述磁磁(磁性信号探针)吸附于电极检测表面进行电化学测定。对影响适配体传感器性能的参数,如竞争反应时间和反应pH值、磁性信号探针使用量、测试底液中H2O2和HQ浓度等进行了优化。确定最佳竞争反应时间为30 min,反应pH值为8.0,磁性信号探针使用量为50 μg,测试底液中H2O2和HQ浓度均为0.5 mmol/L。在最佳条件下,该适配体传感器在AMP浓度为1.0×10-12~1.0×10-8 mol/L梯度范围内存在良好的线性关系,检测限可达1.0×10-12 mol/L,具有较低的检测限和较宽的检测范围。通过加标回回实验检测牛奶样品中的AMP,证明该适配体传感器可用于牛奶中AMP的高效检测。
 
 
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