基于固态界面和水-液晶界面的液晶传感器的四环素检测

摘要

自1928年青霉素被首次发现起，抗生素在医疗卫生领域一直占据着重要地位。四环素是抗生素的一种，其全球使用量在抗生素中居第二位。它能够抑制微生物生长和繁殖，治愈危及生命的感染病，极大地延长了人类寿命。此外，抗生素也为畜牧业提供了巨大的益处。然而，随着四环素的广泛使用，它的滥用及危害也逐渐受到广泛的关注。四环素不仅造成了食品残留，还污染了水质，引起人体过敏反应、细菌耐药性及肝损害，甚至基因突变等问题。现有的检测方法，如光谱法、色谱法、电化学法等，虽具有高灵敏和高选择性，但存在操作复杂和需要昂贵仪器等缺点。因此，构建一种操作简便、无需昂贵仪器且适用于现场检测的方法仍具有不小的挑战。 热致液晶作为一种新型的功能材料，因其具有晶体双折射性和介电各向异性等优点，而广泛用于液晶显示器中。近年，人们利用液晶具有灵敏的取向响应并结合其优越的光学各向异性，开发出了液晶型化学和生物传感器，并成功用于磷脂、表面活性剂、蛋白质、DNA、有机毒气等的检测中。液晶材料能灵敏地捕获表面或界面上微小的生物或化学变化，并转变为其取向的变化（信号换能）；由于液晶分子间弱范德瓦尔斯作用力，所以这一取向变化能进一步自然放大至数十微米数量级范围（信号放大）；利用偏光片即可获得肉眼可见的检测结果。由于该方法具有制备简单、自然放大、无需复杂仪器等优点，非常适合于开发为便携式生物和化学传感器。 本文基于生物分子间相互作用对液晶薄层取向的影响，分别构建了基于固态界面液晶传感器和基于水‐液晶界面传感器，并用于四环素的检测。具体内容如下： （1）基于TEA/ssDNA修饰基底构建固态界面液晶传感器。实验首先将醛基硅烷化合物TEA自组装于富含羟基的玻片之上；进而将末端修饰有氨基的ssDNA捕获探针固定于基底表面。利用长链状结构的ssDNA作为液晶分子取向剂以诱导液晶分子垂直于基底排列，获得的背景为均一黑色偏光光学图像；加入目标检测物后，作为适配体的ssDNA与四环素发生特异性结合，引起玻片表面微小的地貌变化，从而扰乱液晶分子的垂直取向，出现彩色明亮的偏光响应。实验探索了适配体的最佳固定化浓度，孵育时间等条件。结果表明该传感器的检测下限为3 nM。 （2）基于阳离子表面活性剂OTAB诱导液晶分子的水‐液晶界面传感器。在修饰有DMOAP试剂的基底上覆盖中心有圆孔的硅橡胶板制成所需液晶盒。在圆孔内依次加入混合的OTAB/LC溶液、NaCl溶液、ssDNA和四环素等，构建反应池。OTAB作为长链状的阳离子表面活性剂，不仅可以诱导液晶分子的取向，还能与DNA通过静电作用结合。液晶分子与ssDNA之间、OTAB与目标物四环素之间的竞争作用，使得液晶偏光图像能够在黑和明亮之间转换。实验考察了OTAB浓度以及ssDNA浓度对液晶取向的影响，得到构建传感器的最佳 OTAB浓度为5μM、ssDNA浓度为200 nM。该传感器对四环素的检测限下限为9 nM。

目录

声明

英汉缩略语名词对照

第一章 绪论

1 四环素的危害及其检测方法

2 液晶简介及其应用

3 本文结构

第二章 基于固态界面检测四环素

1前言

2实验部分

3 结果与讨论

4 小结

第三章 基于水-液晶界面检测四环素

1前言

2实验部分

3结果与讨论

4小结

第四章 基于金沉积检测碱性磷酸酶的研究

1前言

2实验部分

3 结果与讨论

4 小结

全文总结

参考文献

文献综述:液晶传感器在生物和化学检测中的应用现状

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文