文档介绍：博士学位论文
量子点/酶纳米结构传感器制备及其在农药
检测中的应用
ORGANOPHOSPHOROUS PESTICIDE
BIOSENSORS BASED ON NANOSTRUCTURED
FILMS OF ENZYME AND QUANTUM DOTS
郑兆柱
2012 年 7 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号:606 密级:公开
工学博士学位论文
量子点/酶纳米结构传感器制备及其在农药
检测中的应用
博士研究生:郑兆柱
导师:刘绍琴教授
申请学位:工学博士
学科:生物医学仪器与工程
所在单位:生命科学与技术学院
答辩日期:2012 年 7 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index:
: 606
Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering
ORGANOPHOSPHOROUS PESTICIDE
BIOSENSORS BASED ON NANOSTRUCTURED
FILMS OF ENZYME AND QUANTUM DOTS
Candidate: Zhaozhu Zheng
Supervisor: Prof. Shaoqin Liu
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Specialty: Biomedical Instrument & Engineering
Affiliation: School of Life Science and Technology
Date of Defence: July, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
anophosphorus, OP)的广泛使用有效地降低了病虫害和提
高了农作物产量,但其在环境和农产品中的微量残留同时也危害着动物和人类
的健康。有机磷农药可以破坏胆碱酯酶、导致人类胆碱功能紊乱甚至死亡,因
此迫切需要研究一种高灵敏度、高稳定性、简单、快速的检测方法。目前,检
测农药残留主要有以下三种途径:(i)胆碱酯酶活力测试法;(ii)液相/气相-质谱
联用法(LC/GC-MS)和(iii)免疫分析法。由于 LC/GC-MS 法不具备便携性和实时
监测等特点,同时免疫分析法受限于有机磷农药特异性抗体的制备,因此,胆
碱酯酶活力测试法成为目前研究最为迅速、最为广泛的农药残留检测方法。然
而,与色质联用方法相比,胆碱酯酶生物传感器在检测不同的有机磷类农药检
测时仍存在灵敏度差异较大,精确性较低,酶易失活等缺点。本论文针对上述
问题,以 CdTe 量子点为荧光探针,利用层层自组装技术(layer-by-layer self
assembly technique, LBL),将量子点和胆碱酯酶及胆碱氧化酶有序地组装在薄
膜中,通过设计和优化酶-量子点薄膜的结构,研究了几种简便、快速、高灵
敏、高稳定性和低成本的有机磷类农药检测纳米结构传感器。主要内容如下:
(1) 首先通过静电层层自组装技术将巯基丙酸稳定的碲化镉量子点(MPA-
CdTe QDs)与乙酰胆碱酯酶(AChE)构筑在同一纳米薄膜中,构建了一种简便、
快速、灵敏、低成本的有机磷类农药检测纳米生物传感器。在纳米结构中,酶
是以非活性中心的羧基等功能基团与聚电解质的氨基通过静电引力固定在基底
上,一方面可以最大程度保持酶活力,还可避免可能的基底效应。农药标准品
测试结果表明,量子点/AChE 纳米结构传感器具有非常高的灵敏度,对对氧磷
和对硫磷的检测下限分别可以达到 ×10-11 M和 ×10-12 M,线性范围 10-
12 M~10-6 M,这明显优于已报道的其它光学生物传感器。但该生物传感器对不
同有机磷农药检测效果存在明显差异,这将阻碍该类生物传感器在实际生产中
的应用。
(2) 胆碱酯酶生物传感器在实际应用中面临着巨大的挑战,因为使用生物
传感器检测含有混合有机磷农药或者有机磷农药与拟除虫菊酯类农药的混合物
时,结果的准确性较差。因此,研究等效广谱农药