环境中四溴双酚A与双酚A的电化学免疫分析方法研究

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四溴双酚A(TBBPA)和双酚A(BPA)属于两种典型双酚类新污染物(Emerging Contaminants,Ecs),此类污染物虽然在环境中的丰度较低,但能以各种方式进入环境和生物体中,严重威胁生态环境和人体健康。目前,虽然有大量研究涉及此类污染物的毒理学效应、分布、归趋及污染特征等,但尚无简单、灵敏、快速的分析方法用于这两种污染物的现场检测。针对于此,本研究构建了基于抗原-抗体特异性识别的电化学免疫分析方法,因其具有灵敏度高、检测成本低、前处理简单、分析过程快捷等优势,可满足对环境样品中痕量TBBPA与BPA现场快速分析的要求。具体研究内容如下:(1)利用二氧化锰纳米花改性的金钯双金属纳米团簇(Au Pd-NH2-f Mn O2)催化过氧化氢使其产生氧化还原电流,并以此为响应信号,建立了一种可用于检测环境水体中TBBPA浓度的时间-电流型(i-t)电化学免疫传感器。该工作首先将抗原包被在电极表面,在目标物和抗体引入电极之后,基于抗体标记的Au Pd-NH2-f Mn O2催化过氧化氢使其产生氧化还原反应,从而将TBBPA浓度转化为电流信号。二氧化锰改性的双金属纳米团簇对过氧化氢表现出优异的催化性能,显著提高了标记物对目标物检测的灵敏度。基于此,我们成功构建了一种灵敏度高的电化学免疫传感器并将其用于对环境水样中TBBPA的检测。研究结果表明,在最佳条件下,该方法的检测限(LOD)为0.10 ng/m L,优于传统的酶联免疫分析方法。(2)在上述工作中,虽然构建的时间-电流型(i-t)免疫传感器具有较高的灵敏度,但所使用的多壁碳纳米管容易聚集,使其无法稳定修饰抗原,导致输出信号不稳定。因此,需要一种更稳定的检测方法来实现对目标污染物的检测。本研究工作基于Mn O2纳米片表面原位还原的钯纳米球(Mn O2/Pd)催化过氧化氢发生氧化还原反应,构建了一种用于检测环境水体中TBBPA的时间-电流型(i-t)电化学免疫传感器。钯纳米球具有丰富的催化活性位点,增强了作为抗体标记Mn O2/Pd的催化活性,从而放大了信号响应。此外,采用金-甲苯胺蓝修饰的多壁碳纳米管(MWCNTs/Au-TB)为基底材料增加了抗原的包被效率,加速了电子转移,进一步提高了免疫传感器的灵敏度。研究结果表明,在最优的条件下,该免疫传感器的检测限为0.17 ng/m L,稳定性较好,检测性能优于传统的生物分析方法。(3)上述两个工作,所构建的免疫传感器虽然灵敏度较高,但均基于单一信号输出模式。由于真实环境中基质效应复杂,会严重影响单一模式分析方法的准确度。因此,本研究利用钴铜双金属纳米簇修饰的介孔二氧化铈(Co Cu-m Ce O2)催化过氧化氢产生氧化,以其作为还原信号,设计了一种用于检测环境中痕量TBBPA的新型双模式(时间-电流法、差分脉冲伏安法)电化学免疫传感器。在这个体系中,m Ce O2上的Co2+和Cu2+可以产生丰富的氧空位,增强了m Ce O2纳米颗粒的电催化活性和氧化还原性能,显著提高了标记物对目标物检测的灵敏度。此外,棒状Mn O2还原石墨烯-Au(Mn O2-r GO-Au)杂化物的导电性和良好的生物相容性被用作电极修饰材料来固定多种抗原,用于抗原-抗体之间的免疫反应,从而与靶标竞争性结合。研究结果表明,在优化条件下,所制备的免疫传感器检测限(LOD)分别为0.034 ng/m L(i-t)和0.076 ng/m L(DPV),低于酶联免疫分析的灵敏度(LOD:0.59 ng/m L)。(4)此外,针对环境水体中的BPA,本研究利用芬顿反应产生羟基自由基(·OH)破坏电极表面亚甲基蓝(MB)降低电信号的原理,构建了一种用于检测环境水体中BPA的电化学免疫传感器。该工作首先将目标物和抗体引入电极,随后引入的抗坏血酸(AA)能够原位催化硫酸铜(Cu SO4)发生铜染反应,生成包封在抗体标记金纳米颗粒上的铜粒子。在检测的过程中,加入HNO3将抗体标记金纳米颗粒中的铜粒子氧化剥离为Cu2+,与后续加入的过氧化氢发生芬顿反应产生·OH破坏电极表面亚甲基蓝降低信号。金纳米颗粒和Cu2+具有良好的导电性,可促进过氧化氢发生芬顿反应生成·OH,从而加速了MB的氧化,显著提高了该电化学免疫传感器的灵敏度。研究结果表明,在优化条件下,所制备的免疫传感器检测限(LOD)为1.59×10-4 ng/m L,可用于环境水体中痕量BPA的快速分析。
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