海岸帶所建立海水致病菌快速電化學檢測新方法

來源: 中國儀表網 2014-09-30 字體: 小中大

【中國儀表網行業聚焦點】近期，中國科學院煙臺海岸帶研究所海洋環境電化學與傳感器技術研究團隊和海岸帶微型生物生態與應用團隊合作，在前期研究工作的基礎上，進一步發展了一種免標記、免固定化電位型傳感器用于海水致病菌的檢測。

海水中的致病菌包括來自生活污水、城市徑流以及海岸沙灘流入的陸源性致病菌及自然海水中致病菌。海水中致病菌的污染不僅威脅人們的健康安全，而且會對水產養殖業帶來巨大的危害和損失。因此，發展快速、準確、高靈敏檢測海水中主要致病菌的傳感器技術受到了廣泛關注。

      近期，中國科學院煙臺海岸帶研究所海洋環境電化學與傳感器技術研究團隊和海岸帶微型生物生態與應用團隊合作，在前期研究工作的基礎（analyticalchemistry，2012，84，2055-2031）上，進一步發展了一種免標記、免固定化電位型傳感器用于海水致病菌的檢測。該檢測系統以核酸適體作為識別分子，魚精蛋白作為指示離子，避免了對核酸適體的標記和固定化，從而實現了對致病菌的快速、高效、低成本檢測。海水高鹽度能夠降低核酸適體和靶致病菌的結合能力，并會干擾聚離子選擇性電極的電位響應。在實際樣品分析中，研究采用了樣品在線快速過濾法，有效消除海水基體效應，并通過致病菌富集提高了檢測靈敏度，滿足了實際海水檢測的要求。以單增李斯特菌為例，該檢測系統的檢出限達到了10CFUmL-1。

      水重金屬污染物快速檢測傳感器技術的研究可為及時高效地開展海洋和海岸帶環境監測及評價提供重要的技術手段，為滿足國家在水環境監測領域的重大需求提供科技支撐。本項目將首次對低檢出限聚合物膜離子選擇性電極在強電解質干擾條件下的電極響應特性進行系統研究，深入探討電極在海水基體條件下對痕量重金屬離子的傳感機理。通過選擇適合的電極活化液及內充液、優化電極膜的組成、改善實驗操作條件等途徑抑制海水基體效應，消除來自膜相的主離子通量對電極檢出限的影響，顯著提高海水中重金屬離子檢測的靈敏度；采用與重金屬離子具有強鍵合作用的離子載體并在電極膜中引入親脂性氫離子載體，提高電極測定的選擇性及可逆性，首次開發出一類能夠快速檢測海水中重金屬污染物的新型離子選擇性電極。本研究項目在提高海水分析化學對痕量重金屬離子響應的靈敏度和選擇性等方面具有重要的理論和方法上的創新，將有力地推動環境痕量重金屬元素分析化學的學科發展。

      本項目主要研究將核酸適體與貴金屬（金或銀）納米粒子溶膠結合，并利用貴金屬納米粒子溶膠的表面增強拉曼散射（SERS）特性和混合型微流控芯片，發展基于微流控芯片的＂核酸適體-金屬納米粒子溶膠＂SERS探針分析技術。實現＂核酸適體-金屬納米粒子溶膠＂對海水中低檢出限重金屬污染物靶標分子高靈敏度、高選擇性、簡便快速的識別與檢測。

      非點源污染是海岸帶陸源污染的重要方面，在很多區域甚至超過點源污染而構成河口和近岸海域水體污染的主要原因，因此，加強海岸帶陸源非點源污染研究意義重大。土地利用變化是導致海岸帶河流、湖泊和近岸海域非點源污染的重要原因，膠東半島是我國最大的半島，人口集聚、產業結構調整、城市化等因素導致土地利用的巨大變化，是開展海岸帶陸源非點源污染及陸海相互作用研究的理想區域。本項目集成遙感、GIS和非點源污染模型，基于SCS-CN方法模擬年徑流，基于RUSLE方程模擬年土壤侵蝕，通過污染物輸出系數法和GIS水文分析技術估算非點源污染物產生、遷移與富集的特征及入海通量，定量揭示近30年膠東半島土地利用變化對近岸海域陸源非點源污染的影響效應，理論與實踐意義均比較突出。項目首次對聚合物敏感膜電位型傳感器在強電解質條件下檢測電中性有機磷農藥分子進行系統研究，深入探討在海水基體條件下以分子印跡聚合物電極膜為分子識別元件實現對有機磷分子的高選擇性分離富集方法以及電極膜對指示離子的高靈敏電位響應機理。通過選擇合適的功能單體及交聯劑，優化聚合反應實驗條件，提高分子印跡聚合物對有機磷農藥分子識別的特異性；優化聚合物電極膜的組分，實現最佳的分離富集效果，消除海水基體效應及復雜成分的干擾；合成與待測有機磷分子具有相似的分子結構和鍵合位點的有機離子為指示離子，實現對電中性有機分子的間接電位測定，首次開發出一類能夠快速檢測海水中電中性有機磷農藥分子的新型電位型傳感器。本項目在提高傳感器對海水中痕量有機磷農藥響應的靈敏度和選擇性等方面具有重要的理論和方法上的創新，為及時高效地開展海洋和海岸帶環境監測及評價提供重要的技術手段，為滿足國家在水環境監測領域的重大需求做出貢獻。

       本項目將首次系統研究基于核酸適體識別的免標記免固定化電位型生物傳感器檢測海水中致病菌污染物，深入探討以核酸適體作為識別分子實現對不同致病菌的高選擇性識別以及采用聚陽離子作為指示離子實現均相電極電位信號高靈敏傳導的檢測機制。通過考察核酸適體與靶致病菌相互作用的動力學過程，篩選適合的核酸適體，實現對致病菌的特異性識別；采用電流驅動法將電極內充液中的聚陽指示離子釋放到聚合物膜離子選擇性電極表面，用以電位傳導由靶致病菌導致的核酸適體構型的變化；通過優化聚合物電極膜的組分、電極內充液濃度、施加電流大小和電流時間長短實現指示離子可控釋放，進而調節電極的靈敏度和檢測范圍；采用樣品在線快速過濾法，有效消除海水基體效應，提高檢測靈敏度，首次開發出一類檢測海水致病菌的免標記免固定化新型傳感器。在提高對海水致病菌特異性識別和快速、靈敏檢測等方面具有重要的理論和方法創新，為滿足國家在水環境監測領域的需求做出貢獻。本項目將首次系統研究基于核酸適體識別的免標記免固定化電位型生物傳感器檢測海水中致病菌污染物，深入探討以核酸適體作為識別分子實現對不同致病菌的高選擇性識別以及采用聚陽離子作為指示離子實現均相電極電位信號高靈敏傳導的檢測機制。通過考察核酸適體與靶致病菌相互作用的動力學過程，篩選適合的核酸適體，實現對致病菌的特異性識別；采用電流驅動法將電極內充液中的聚陽指示離子釋放到聚合物膜離子選擇性電極表面，用以電位傳導由靶致病菌導致的核酸適體構型的變化；通過優化聚合物電極膜的組分、電極內充液濃度、施加電流大小和電流時間長短實現指示離子可控釋放，進而調節電極的靈敏度和檢測范圍；采用樣品在線快速過濾法，有效消除海水基體效應，提高檢測靈敏度，首次開發出一類檢測海水致病菌的免標記免固定化新型傳感器。在提高對海水致病菌特異性識別和快速、靈敏檢測等方面具有重要的理論和方法創新，為滿足國家在水環境監測領域的需求做出貢獻。

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