纸基分析系统应用于有机磷农药的快速检测文献综述

 2023-10-09 10:52:12

文献综述

有机磷农药(OPS)是当前农药的三大支柱之一,经过半个世纪来的不断发展不论在品种的数量、产量的规模等都位居各种农药首位。由于有机磷农药对细菌、害虫、杂草等生长具有有效控制功能,提高农业产量而被广为使用。近年来,高效低毒的有机农药发展较快,逐步取代了以前高毒品种,有机磷农药使用也更安全。但农药中有毒有害物质在一定环境下仍然保持较长时间的有毒活性,在长时间摄取含有机磷农药残留农作物会对人的健康造成较大影响。残留农药在人体内不断累积,能引起各种严重疾病[1]。实践中人们已经摸索出快速、可靠、实用性较强的有机磷农药残留快速检测法即生物传感器法,突破了时间、地点的条件限制。

生物传感器是一类特殊的化学传感器,它是以生物活性单元作为生物敏感基元,对被测目标物具有高度选择性的检测器[2]。其中,以酶生物传感器的研究最为广泛。酶生物传感器是利用生化反应所产生的或消耗的物质的量,通过电化学装置转换成电信号,进而选择性的测定出某种成分的器件[3, 4]。其优势是特异性好、样品前处理简单、快速、灵敏度高 且可操作性强,在医学检验、食品分析、环境监测、战争毒剂、工业过程检测与控制等领域展现出广阔的应用前景[5]。魏福祥[6]等以固定化乙酰胆碱酯酶作敏感物质、银基汞膜电极作基础电极,制备了安培型生物传感器用于测定有机磷农药敌敌畏,检测限可达2.8times;10-10mol/L。生物传感器检测有机磷农药具有成本低、抗干扰能力强、响应快等优点,而且可以同时检测多个不同的样品,灵敏度也较高等特点

生物传感器的发展历程:酶生物传感器的发展经历了3个阶段[7],即以氧为中继体的电催化、基于人造媒介体的电催化和直接电催化,通常称为第一代、第二代和第三代生物传感器。近年来研究工作主要是基于第三代生物传感器的固定化酶技术、载体选择和各种高新技术在酶传感器中的应用等方面[8]。特别是纳米技术和各种形式的有机或无机纳米材料、导电聚合物等在固定化酶中的研究方面取得了新的进步[9]

我国生物传感器的研究历程与国际上基本同步[10],其中,经典的固定化酶传感器是研究最多、性能稳定,而且应用市场最大的生物传感器[11]

生物传感器的应用现况:随着我国生物技术及产业的快速发展,生物传感技术的研究及应用引起人们的极大兴趣,有关论文成果不断出现,不仅在医学方面取得了长足的进步,另外在食品工业、环境监测、发酵工业、军事领域等多方面取得了广泛的关注和应用。

虽然生物传感器的发展已经有40多年的历史,但还存在着不少问题。近年来,在发达国家和发展中国家,越来越多的研究开始采用纸基分析系统,这种方法专为低能耗和即时现场检测而设计。

纸是一种基于纯净纤维素的简单、便宜、易得、环保、可抛的好材料。近几年,基于纸的分析装置(Paper-Based Devices, PADs)在化学、生物医学、临床诊断等方面都有着悠久的应用历史和前景[121-13]。PADs从基本的过滤操作到相对复杂的色谱分离和生化检测,如基于PADs的微流控系统、化学发光系统、表面拉曼光谱检测、试纸条可视化系统、遗传扩增生物平台等等都占据着生命分析、化学分析、临床检验等学科热点和交叉难点。基于纸基电分析装置(PADs)近几年来研究发展迅速,哈佛大学的分析化学专业Whitesides教授课题组于2007年首次提出来的,同时目前已经由于滤纸是由纤维素组成的,是亲水性的,允许水溶液通过纤维层,这样的性质就为用滤纸来制作电分析检测装置提供了基础。目前,纸作为反应平台,就是以滤纸作为芯片材料,使用光刻技术、喷墨印刷技术、蜡印刷技术和等离子体氧化等技术制作而成。其中,丝网印刷技术这种低成本的纸基分析分析装置对于一些发展中国家、偏远地区,或者是家庭式的床前检验是很有帮助和吸引力的。众所周知,血糖仪就是基于PADs的电分析系统最成功的科研与商品化的实例。目前的PADs科研热点集中在移动互联、动态监测、无创监测等方向。同时,微型的PADs可以利用移动互联技术,结合手机、平板等移动设备,实时给出分析结果,具有保存、自动分析、共享和提醒等多项功能并存储到云端,方便医生及自我进行监控,真正做到了临床的实时检验(Point-of-Care,POC)。

本课题构建了一种基于纸基分析系统的电化学酶传感器,首先汞离子包被抗原固定到电极表面,与孵化液中的 PA 标液竞争抗体上的有限结合位点,然后通过被标记的二抗(山羊抗兔 IgG)检测电化学信号,由此画出一条电流信号-汞离子标准溶液浓度的标准曲线,最后检测未知浓度的底物电流信号,在标准曲线中找到其对应的浓度。由此建立了一种超灵敏酶的新方法。

参考文献

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