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烟台海岸带所纸基芯片检测环境微囊藻毒素研究获进展

烟台海岸带研究所 2023-11-01
近年来,水华、赤潮现象频发,故监测藻类及其代谢物浓度对于水质监测意义重大。微囊藻毒素是一类具有强烈促癌作用的环状寡肽肝毒素,在众多蓝藻毒素中其毒害能力最强。它的致病机理是通过抑制肝细胞中蛋白磷酸酶的活性,诱发细胞角蛋白高度磷酸化,致使哺乳动物肝细胞微丝分解、破裂和出血,同时会对动物的肾脏等器官作用导致生理病变。然而,以往开发出的多种检测微囊藻毒素的方法复杂且昂贵,因此先进的荧光纳米传感器在检测微囊藻毒素方面颇具潜力。
 
  中国科学院烟台海岸带研究所陈令新团队研究员李博伟、博士齐骥等,在构建痕量环境非荧光物质的检测技术领域取得了重要进展。相关研究成果以《基于纸基芯片的分子印迹非荧光微囊藻毒素间接荧光检测策略》(Molecular imprinting-based indirect fluorescence detection strategy implemented on paper chip for non-fluorescent microcystin)为题,发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。
 
  荧光纳米传感器因在化学、生物学检测中的简便、灵敏和高通量而备受关注,是分析化学的重要研究方向之一。由于微囊藻毒素不能增强/猝灭量子点的荧光发射,难以直接荧光检测,因而该团队利用电荷转移效应和分子印迹技术开发了一种通用的间接荧光传感策略,用于高灵敏、高选择性、快速检测微囊藻毒素。该策略以微囊藻毒素作为模型分析物设计间接荧光传感机制,以分子印迹聚合物(MIPs)薄膜包裹铁酸锌纳米颗粒(ZnFe2O4@MIPs)作为模拟猝灭剂,并与荧光量子点结合制备功能化纸基芯片。在识别过程中,分子印迹聚合物的印迹空腔不仅充当捕获微囊藻毒素分子的结合位点,而且作为连通铁酸锌纳米颗粒和荧光量子点之间电子转移的唯一途径,在微囊藻毒素存在情况下,印迹空腔被微囊藻毒素所占据,阻碍了铁酸锌纳米颗粒和荧光量子点之间电子转移,导致量子点荧光强度恢复。本研究首次设计了“可滑动夹”型纸基芯片,无需样品前处理,构建了在复杂环境下痕量、高效检测微囊藻毒素的多功能平台,并应用于无锡太湖实际水样中的微囊藻毒素快速灵敏检测(检测限为0.43 μg/L,时间为20min)。该策略是对荧光惰性类目标物的高灵敏检测的重要尝试。
 
  研究工作得到国家自然科学基金和山东省自然科学基金重点项目等的支持。
 
基于纸基芯片的分子印迹非荧光微囊藻毒素间接荧光检测构建示意图
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