分子印迹SERS传感器的构建及其在海岸带水体典型污染物检测中的应用
文献类型：学位论文
| 作者 | 陈璇 |
| 答辩日期 | 2024-05-09 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 导师 | 李金花 |
| 关键词 | 分子印迹 表面增强拉曼散射 污染检测 藻蓝蛋白 海岸带水体 |
| 学位名称 | 资源与环境硕士 |
| 学位专业 | 资源与环境 |
| 英文摘要 | 海岸带地理环境位置优越，与社会人文生态系统关系密切，但其生态环境脆弱。人类活动频繁和资源过度开发等使污染物排放量剧增，环境承载压力加大，环境污染严重。因此，海岸带环境监测尤其是水体污染分析检测的重要性与日俱增。孔雀石绿（malachite green，MG）是一种多环芳烃类有毒污染物，存在于大量染料废水中，还作为抗菌药随养殖废水排入海岸带水域，导致水质恶化。此外，由于水体中氮磷含量过高导致富营养化，藻类过度增殖，引发海水“赤潮”和湖泊“水华”，是海岸带生态系统面临的严峻挑战之一。蛋白质能作为生物标志物对环境灾害的发生进行预警，越来越多地被用作环境压力的生物指标。蓝藻生物是水华产生的内在因素，藻蓝蛋白（phycocyanin，PC）是蓝藻特有色素，其浓度能较好表征蓝藻生物量，是水体富营养化及蓝藻水华监测的重点关注指标。本论文主要以污染物MG 和污染指示物PC为目标物，进行海岸带水体污染检测。 分子印迹表面增强拉曼散射（molecular imprinting-based surface-enhanced Raman scattering, MI-SERS）传感器，将具有构效预定性、识别特异性和广泛适用性的分子印迹聚合物（molecularly imprinted polymers, MIPs）作为识别和转导元件，结合SERS 光谱检测技术的指纹识别、快速和灵敏的特性，提高了传感性能，为复杂基质中的痕量分析提供了新方法。凭借突出的高效、精确、无损等优势，MI-SERS 传感器成为了新兴的研究热点。高分子量、高传质阻力、低拉曼活性和复杂结构等问题使大尺寸蛋白质（如PC，110 kDa）的SERS 精准定量面临极大挑战。与此同时，MIPs 的非特异性吸附对传感器灵敏度和准确性造成较大干扰。因此，针对海岸带水体污染检测，本论文旨在构建新型MI-SERS 传感器，选取以MG 为代表的环境污染物和以PC为代表的污染指示物，进行特异性识别和精准定量。主要研究内容和结果如下： 1、采用贻贝仿生的多巴胺印迹结合金纳米星（gold nanostars, Au NSs）SERS增强基底，构建芯片型MI-SERS 传感器。将带负电荷的Au NSs 在静电作用下均匀固定在氨基功能化的玻璃毛细管表面作为SERS 活性基底。再将含有目标物的聚多巴胺（PDA）印迹层覆盖在Au NSs 上，进行表面印迹。该构建方法简便易行、成本低，并系统探究了MIPs 的非特异性结合现象。结果表明，基质中小分子量杂质可以在没有空间阻碍的情况下与大尺寸的印迹空腔发生非特异性结合，结合量远大于MIPs 非印迹区域的表面吸附量，是干扰特异性识别的重要因素。 2、将上述构建的MI-SERS 传感器用于MG 的SERS 直接检测。采用单因素分析变量优化的方法，获得了最佳的PDA 用量、洗脱液、聚合时间等传感器构建的关键参数。SERS 基底使MG 的拉曼信号显著增强，提高了传感器的灵敏度 和准确性。最优条件下，传感器在0.01–5 mg L-1的范围内线性关系良好，检出限为0.0035 mg L-1。通过结晶紫和罗丹明B对MI-SERS 传感器进行选择性测试，发现MG 特征峰信号稳定、不受干扰物的影响。将该MI-SERS 传感器用于海水样分析，回收率为90.2–114.2%，结果满意。 3、同样采用上述方法构建MI-SERS 传感器，基于拉曼报告分子检查员机制（Raman reporter inspector mechanism, RRIM）用于PC 的SERS 间接检测。在RRIM 中，通过拉曼报告分子检查员对印迹腔的绝对特异性结合状态进行检查，来避免非特异性识别的影响。在最优实验条件下，相对SERS 强度与PC 浓度（0.01–500 μg L−1）的对数呈良好线性关系，检出限低至0.0026 μg L−1。此外，该MI-SRES传感器实现了对实际海水和河水样品中PC的快速、精准定量检测。通过测定分子量更大的藻红蛋白（260 kDa）及小分子抗生素模型—万古霉素，验证了RRIM的易实施和普适性。将该传感器用于聚球藻培养液中PC浓度测定，通过与酶联免疫分析试剂盒进行结果比对，证明了传感器的准确性。基于RRIM的MI-SERS 传感分析方法操作简单、灵敏度高、稳定可靠，有望为海岸带水华预警提供有效方法，也为大分子量蛋白质的定量检测提供了新思路。 综上，本文成功构建的两种MI-SERS 传感器，实现了海岸带水体中污染物MG 和污染指示物PC 简便快速、高选择性的SERS 定量检测，为水华的预警和防控提供了有效方法，发展了一种SERS 检测通用途径，进一步提高了传感器的性能和应用前景。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 85 |
| 源URL | [http://ir.yic.ac.cn/handle/133337/40064]  |
| 专题 | 中科院烟台海岸带研究所知识产出_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陈璇. 分子印迹SERS传感器的构建及其在海岸带水体典型污染物检测中的应用[D]. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：烟台海岸带研究所
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