新型电化学免疫生物传感器的构建及其在农药残留检测中的应用研究

本项目拟将新型的无标识电化学免疫生物传感器应用到农药残留检测中，开展复杂样品中农药残留高端检测方法研究。充分发挥电化学传感器的高灵敏度和快速的检测优势，并和生物免疫分析的高选择性和特异性相结合，建立一套无需样品制备、高效、快速、灵敏、特异的免疫生物电化学分析方法，实现复杂样品中痕量农药残留的现场在线分析以及多组分的同时测定。通过在电极表面修饰能与外界有电信号交流的自组装双组分单分子层，提高电化学信号灵敏度；以碳纳米管作为导电分子，采用自下而上的表面修饰方法在电极表面进行纳米修饰，实现生物分子在电极表面的直接电子转移；在电极表面接上具有抑制非特性蛋白质吸附的聚氧乙烯甘油，提高体系测定的选择性；将具有不同还原电位的氧化还原分子（如钌络合物）接在同一电极上，实现单电极多组分的同时检测。本项目设计的生物免疫传感器对环境水质监测以及药品毒物的监控具有潜在的实际应用价值。

本项目成功地建立一种无需样品制备的新型无标识的电化学免疫传感器，这种免疫传感器可用于测定复杂样品体系（如水样）中的小分子：如杀虫剂三氧磷（Paraoxon）及硫丹（Endosulphan）。首先，在电极表面上修饰上带有双组份的自组装混合单分子层，它包括导电性能良好的导电分子(单壁碳纳米管)和具有阻止非特性蛋白质吸附的聚氧乙烯甘油(PEG分子)。然后在带有终断羧基官能团的导电分子上先后接上氧化还原分子和半抗原，基于半抗原和抗体的亲合作用，抗体就可以长在电极表面形成传感器表面。电极表面修饰的大分子抗体使得氧化还原分子处在蛋白质的化学环境中，这样电极表面上来自于氧化还原分子的电化学信号就会减小或消失，因此。将传感器表面放在含有分析物抗原中，由于抗原与半抗原对抗体的竞争吸附，一部分抗体就会从电极表面上脱附与抗原结合使得电化学信号增加。电化学是一种很灵敏的检测手段，根据电流大小的变化，传感器表面可以用于测定小分子抗原的浓度。此免疫传感器属于非标识法电化学免疫传感器，使用简单，使用者只需将传感器放在含有待测物的样品中，从电流的大小变化可以快速测定待测物的浓度，能满足快速定量现场在线分析。本项目成功地制备了SWNTs, PEG及氧化还原分子FDMA，合成了三氧磷（Paraoxon）及硫丹（Endosulphan）的半抗原以及它们各自的抗体。研究证明， SWNTs可以直立地修饰在电极表面，同时修饰的PEG分子可以成功地阻止非特性蛋白质的吸附。所设计的电化学免疫传感器稳定性和重现性都很好，灵敏度高,并被成功地用于检测实际水样品中0.01-20 ppb 线性范围内的硫丹和2-2500 ppb线性范围内的三氧磷。测定硫丹的最低检测限是0.01 ppb，测定三氧磷的最低检测限是2 ppb。 研究的结果已经分别发表在Analytical Chemistry和 Talanta上。同时所设计的无标识的电化学免疫传感器可以实现同时检测水样品中的硫丹和三氧磷，实现同一电极表面的多组分同时检测，这部分研究结果将投稿到Analytical Chemistry。本项目设计的电化学免疫传感器对于测定多种杀虫剂有很大的应用潜力。