【摘要】：四環(huán)素因其低成本及廣譜抗菌性而被廣泛用于動物飼養(yǎng),導致動物源性食品中四環(huán)素殘留普遍,嚴重危害公眾身體健康并阻礙食品行業(yè)的發(fā)展,急需開發(fā)特異性強、靈敏度高的新型檢測方法用于復雜樣品中四環(huán)素殘留的初步快速篩查。生物傳感器包括生物識別元件和轉(zhuǎn)導元件兩部分,可將識別元件與靶物質(zhì)之間的特異性結(jié)合轉(zhuǎn)導為可量化的信號,實現(xiàn)快速檢測。核酸適配體是一種經(jīng)體外的指數(shù)富集配基系統(tǒng)進化技術(shù)(SELEX)篩選得到的新型識別“化學抗體”,具有高親和性、高特異性且易修飾、性質(zhì)穩(wěn)定,可作為生物傳感器中的識別元件,應(yīng)用于食品安全快速檢測。本文圍繞蜂蜜中的四環(huán)素殘留的檢測,分別建立了酶聯(lián)核酸適配體生物傳感器(ELAA-aptasensor)、納米金一核酸適配體生物傳感器(AuNPs-aptasensor)、表面等離子共振-核酸適配體生物傳感器(SPR-aptasensor)及電化學-核酸適配體傳感器(EC-aptasensor),用于實際樣品中四環(huán)素的快速檢測。同時,本文將虛擬分子對接與化學實驗相結(jié)合,不僅探究了核酸適配體與四環(huán)素的分子識別機制,而且揭示了不同核酸適配體在應(yīng)用時具有體系“適用性”特點,可有依據(jù)地選擇最佳適配體輔助構(gòu)建生物傳感器。具體研究成果如下:1、四種不同的生物傳感方法均可應(yīng)用于簡單前處理后的樣品,實現(xiàn)對蜂蜜中的四環(huán)素的快速檢測,加標回收率均在85～120%之間,準確性高,且抗干擾能力強,可對四環(huán)素特異性識別。2、首先,利用Apt76構(gòu)建了間接競爭、直接競爭兩種模式的ELAA-aptasensor,用于蜂蜜中四環(huán)素的高通量快速檢測,引入鏈霉親和素-生物素系統(tǒng)實現(xiàn)分子固定和信號放大,并對其他各反應(yīng)條件進行了細致優(yōu)化。在最佳條件下,間接競爭ELAA-aptasensor對四環(huán)素的線性檢測范圍為0.01～100 ng·mL-1,檢測限為0.00966 ng·mL-1。直接競爭ELAA-aptasensor的線性檢測范圍為0.1～1000 ng·mL-1,檢測限為 0.0978 ng·mL-1。將兩種 ELAA-aptasensor 與 ELISA 進行比較確證,三種方法具有相當?shù)募訕嘶厥章?并且ELAA-aptasensor的靈敏度高于ELISA。3、兩條不同的核酸適配體Apt76和Apt40在ELAA-aptasensor中應(yīng)用時的明顯差異引發(fā)了對核酸適配體識別機制的猜想,故將分子對接軟件與ITC滴定法相結(jié)合,探究了 Apt76、Apt40與四環(huán)素的本征分子識別機制。實驗表明,(1) Apt76和Apt40形成不同的空間結(jié)構(gòu)并含有多個結(jié)合位點,以“口袋”的形式將四環(huán)素包裹,且核酸適配體結(jié)合位點的個數(shù)、空間結(jié)構(gòu)的復雜性與核酸適配體的堿基組成、單鏈長度及二級結(jié)構(gòu)中的莖環(huán)結(jié)構(gòu)密切相關(guān),Apt76比Apt40具有更多結(jié)合位點;(2)不同的空間結(jié)構(gòu)和結(jié)合位點分布導致核酸適配體具有體系“適用性”,Apt76比較適合在如ELAA-aptasensor的需要化學修飾或固定的研究中使用,Apt40可運用于無需標記的傳感方法。4、結(jié)合分子識別研究,從Apt40的長度、堿基組成、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)分析了 Apt40、納米金、四環(huán)素三者之間的相互作用,并基于Apt40對納米金的保護作用構(gòu)建了無需標記的AuNPs-aptasensor,可視化半定量后,結(jié)合紫外可見吸收值進行精確定量,30 min內(nèi)可完成全部分析。在20～320 ng·mL-1濃度范圍內(nèi),四環(huán)素濃度的對數(shù)值與響應(yīng)信號呈現(xiàn)良好線性關(guān)系,檢測限為12.4 ng·mL-1。5、基于核酸適配體的“體系適用性”特點,將Apt76修飾固定于SPR芯片表面構(gòu)建SPR-aptasensor,依托Biacore T200實現(xiàn)自動化快速檢測。將鏈霉親和素共價偶聯(lián)到CM5芯片表面,然后通過鏈霉親和素-生物素系統(tǒng)將Apt76固定在芯片表面,直接捕獲流經(jīng)芯片表面的四環(huán)素分子并同時產(chǎn)生SPR響應(yīng)信號。在0.01～100 ng·mL-1范圍內(nèi),SPR信號與四環(huán)素濃度對數(shù)值成正比,檢測限為0.183 ng·mL-1。6、相似地,將疏基修飾的Apt76固定于絲網(wǎng)印刷電極表面,構(gòu)建EC-aptasensor,實現(xiàn)微量、高靈敏快速檢測,并針對單鏈Apt76在電極表面易纏繞、信號不穩(wěn)定的難題,制備DNA四面體結(jié)構(gòu)輔助Apt76的定向固定。使用DNA四面體代替單鏈Apt76后,方法的線性檢測范圍由0.1～100 ng·mL-1擴展到0.01～1000 ng·mL-1,檢測限由0.0875 ng·mL-1降低至0.00947 ng·mL-1,靈敏度提高一個數(shù)量級。
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【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S896.1;O657.1

【參考文獻】

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1 徐敦明;吳敏;鄒遠;張強;吳崔晨;周昱;劉賢進;;核酸適體技術(shù)在食品安全分析中的應(yīng)用[J];分析化學;2011年06期

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本文編號：2292068