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海岸带所建立海水致病菌快速电化学检测新方法

行业聚焦点中国仪表网2014年09月30日 10:36人气:15896

        【中国仪表网 行业聚焦点】近期,中国科学院烟台海岸带研究所海洋环境电化学与传感器技术研究团队和海岸带微型生物生态与应用团队合作,在前期研究工作的基础上,进一步发展了一种免标记、免固定化电位型传感器用于海水致病菌的检测。


        海水中的致病菌包括来自生活污水、城市径流以及海岸沙滩流入的陆源性致病菌及自然海水中致病菌。海水中致病菌的污染不仅威胁人们的健康安全,而且会对水产养殖业带来巨大的危害和损失。因此,发展快速、准确、高灵敏检测海水中主要致病菌的传感器技术受到了广泛关注。

      近期,中国科学院烟台海岸带研究所海洋环境电化学与传感器技术研究团队和海岸带微型生物生态与应用团队合作,在前期研究工作的基础(analyticalchemistry,2012,84,2055-2031)上,进一步发展了一种免标记、免固定化电位型传感器用于海水致病菌的检测。该检测系统以核酸适体作为识别分子,鱼精蛋白作为指示离子,避免了对核酸适体的标记和固定化,从而实现了对致病菌的快速、高效、低成本检测。海水高盐度能够降低核酸适体和靶致病菌的结合能力,并会干扰聚离子选择性电极的电位响应。在实际样品分析中,研究采用了样品在线快速过滤法,有效消除海水基体效应,并通过致病菌富集提高了检测灵敏度,满足了实际海水检测的要求。以单增李斯特菌为例,该检测系统的检出限达到了10CFUmL-1。

      水重金属污染物快速检测传感器技术的研究可为及时高效地开展海洋和海岸带环境监测及评价提供重要的技术手段,为满足国家在水环境监测领域的重大需求提供科技支撑。本项目将首次对低检出限聚合物膜离子选择性电极在强电解质干扰条件下的电极响应特性进行系统研究,深入探讨电极在海水基体条件下对痕量重金属离子的传感机理。通过选择适合的电极活化液及内充液、优化电极膜的组成、改善实验操作条件等途径抑制海水基体效应,消除来自膜相的主离子通量对电极检出限的影响,显著提高海水中重金属离子检测的灵敏度;采用与重金属离子具有强键合作用的离子载体并在电极膜中引入亲脂性氢离子载体,提高电极测定的选择性及可逆性,首次开发出一类能够快速检测海水中重金属污染物的新型离子选择性电极。本研究项目在提高海水分析化学对痕量重金属离子响应的灵敏度和选择性等方面具有重要的理论和方法上的创新,将有力地推动环境痕量重金属元素分析化学的学科发展。

      本项目主要研究将核酸适体与贵金属(金或银)纳米粒子溶胶结合,并利用贵金属纳米粒子溶胶的表面增强拉曼散射(SERS)特性和混合型微流控芯片,发展基于微流控芯片的"核酸适体-金属纳米粒子溶胶"SERS探针分析技术。实现"核酸适体-金属纳米粒子溶胶"对海水中低检出限重金属污染物靶标分子高灵敏度、高选择性、简便快速的识别与检测。

      非点源污染是海岸带陆源污染的重要方面,在很多区域甚至超过点源污染而构成河口和近岸海域水体污染的主要原因,因此,加强海岸带陆源非点源污染研究意义重大。土地利用变化是导致海岸带河流、湖泊和近岸海域非点源污染的重要原因,胶东半岛是我国最大的半岛,人口集聚、产业结构调整、城市化等因素导致土地利用的巨大变化,是开展海岸带陆源非点源污染及陆海相互作用研究的理想区域。本项目集成遥感、GIS和非点源污染模型,基于SCS-CN方法模拟年径流,基于RUSLE方程模拟年土壤侵蚀,通过污染物输出系数法和GIS水文分析技术估算非点源污染物产生、迁移与富集的特征及入海通量,定量揭示近30年胶东半岛土地利用变化对近岸海域陆源非点源污染的影响效应,理论与实践意义均比较突出。项目首次对聚合物敏感膜电位型传感器在强电解质条件下检测电中性有机磷农药分子进行系统研究,深入探讨在海水基体条件下以分子印迹聚合物电极膜为分子识别元件实现对有机磷分子的高选择性分离富集方法以及电极膜对指示离子的高灵敏电位响应机理。通过选择合适的功能单体及交联剂,优化聚合反应实验条件,提高分子印迹聚合物对有机磷农药分子识别的特异性;优化聚合物电极膜的组分,实现最佳的分离富集效果,消除海水基体效应及复杂成分的干扰;合成与待测有机磷分子具有相似的分子结构和键合位点的有机离子为指示离子,实现对电中性有机分子的间接电位测定,首次开发出一类能够快速检测海水中电中性有机磷农药分子的新型电位型传感器。本项目在提高传感器对海水中痕量有机磷农药响应的灵敏度和选择性等方面具有重要的理论和方法上的创新,为及时高效地开展海洋和海岸带环境监测及评价提供重要的技术手段,为满足国家在水环境监测领域的重大需求做出贡献。

       本项目将首次系统研究基于核酸适体识别的免标记免固定化电位型生物传感器检测海水中致病菌污染物,深入探讨以核酸适体作为识别分子实现对不同致病菌的高选择性识别以及采用聚阳离子作为指示离子实现均相电极电位信号高灵敏传导的检测机制。通过考察核酸适体与靶致病菌相互作用的动力学过程,筛选适合的核酸适体,实现对致病菌的特异性识别;采用电流驱动法将电极内充液中的聚阳指示离子释放到聚合物膜离子选择性电极表面,用以电位传导由靶致病菌导致的核酸适体构型的变化;通过优化聚合物电极膜的组分、电极内充液浓度、施加电流大小和电流时间长短实现指示离子可控释放,进而调节电极的灵敏度和检测范围;采用样品在线快速过滤法,有效消除海水基体效应,提高检测灵敏度,首次开发出一类检测海水致病菌的免标记免固定化新型传感器。在提高对海水致病菌特异性识别和快速、灵敏检测等方面具有重要的理论和方法创新,为满足国家在水环境监测领域的需求做出贡献。本项目将首次系统研究基于核酸适体识别的免标记免固定化电位型生物传感器检测海水中致病菌污染物,深入探讨以核酸适体作为识别分子实现对不同致病菌的高选择性识别以及采用聚阳离子作为指示离子实现均相电极电位信号高灵敏传导的检测机制。通过考察核酸适体与靶致病菌相互作用的动力学过程,筛选适合的核酸适体,实现对致病菌的特异性识别;采用电流驱动法将电极内充液中的聚阳指示离子释放到聚合物膜离子选择性电极表面,用以电位传导由靶致病菌导致的核酸适体构型的变化;通过优化聚合物电极膜的组分、电极内充液浓度、施加电流大小和电流时间长短实现指示离子可控释放,进而调节电极的灵敏度和检测范围;采用样品在线快速过滤法,有效消除海水基体效应,提高检测灵敏度,首次开发出一类检测海水致病菌的免标记免固定化新型传感器。在提高对海水致病菌特异性识别和快速、灵敏检测等方面具有重要的理论和方法创新,为满足国家在水环境监测领域的需求做出贡献。
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