一种基于铁离子探针-纳米金/玻碳电极修饰电极的黄曲霉毒素的检测方法与流程

本发明属于生物与新医药技术领域，涉及一种基于铁离子探针-纳米金/玻碳电极修饰电极的黄曲霉毒素的检测方法。

背景技术：

针对黄曲霉毒素的检测，已有的传统技术方法包括薄层色谱法、高效液相色谱法、液相色谱-质谱法、免疫层析法和酶联免疫吸附法等。以上几种检测方法均为实验室常用的方法，其中应用大型仪器检测，对操作空间要求高、操作复杂、样品前处理工序繁琐且难以实现实时监测，检测结果容易受操作人员及外部环境影响。免疫学检测方法特异性强，但市面上现有产品价格昂贵、不能实现大批量检测且检测次数有限。综合来看，以上这些检测方法不符合黄曲霉毒素实时监测的要求。

为满足现代化快速发展的要求，电化学方法逐渐普及，依靠操作简单、价格低廉、绿色且灵敏度高、响应快等优势特征，在食品检测分析领域特别是黄曲霉毒素检测分析中应用广泛。在此基础上，与一般的电化学分析法不同，电化学传感器具有较高选择性。修饰电极是新近发展起来的测定方法，通过在基体电极表面进行修饰，从而增大电极表面的活性面积，提高电极的选择性、精密度和灵敏度等分析性能，已广泛用于制备检测黄曲霉毒素等的电化学传感器的开发。在众多黄曲霉毒素中，并不是所有毒素都会对人体造成伤害，有些通过代谢会直接排出体外，有些则会通过代谢进入人血液、尿液和乳汁中。如毒性最强的afb1本身并不会不能引起病变，但是进入人体后代谢物有剧毒，其代谢主要分三种途径，一是转换成afm1、afq1和afp1存在乳汁中，其次是进入血液和尿液中形成afb1-ly和afb1-nbc两种有毒加合物。但是，目前关于黄曲霉毒素的检测灵敏度不高，且不能对人体组织液及环境中的毒素进行即时检测，因此，针对黄曲霉毒素的人体日常检测并没有得到很好地解决。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于铁离子探针-纳米金/玻碳电极修饰电极的黄曲霉毒素的检测方法，实现了人体及其环境中黄曲霉毒素及其代谢物的低限度、高灵敏检测。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种基于铁离子探针-纳米金/玻碳电极修饰电极的黄曲霉毒素的检测方法，包括以下步骤：

1)将黄曲霉毒素标准溶液与fe³⁺溶液混合均匀后，得到含fe³⁺探针的标准待测液，利用纳米金/玻碳电极修饰电极对不同浓度的含fe³⁺探针的标准待测液进行检测标定，绘制黄曲霉毒素标准曲线；

2)将含有黄曲霉毒素的待测样品溶液与fe³⁺溶液混合均匀，制得含fe³⁺探针的待测样品溶液；

3)利用纳米金/玻碳电极修饰电极浸入含fe³⁺探针的待测样品溶液中进行检测，根据步骤1)所得黄曲霉毒素标准曲线即可得到含fe³⁺探针的待测样品溶液中的黄曲霉毒素含量。

优选地，步骤1)所述纳米金/玻碳电极修饰电极的制备方法，包括以下操作：采用三电极体系系统，将玻碳电极经清洁和打磨处理后，放入氯金酸溶液中，以纳米金作为聚合物，通过循环伏安法对玻碳电极进行电聚合纳米金，得到纳米金/玻碳电极修饰电极。

进一步优选地，氯金酸溶液的浓度为5mmol/l，所述氯金酸溶液通过haucl4·4h2o和kcl以1:20的摩尔浓度比于水中均匀混合后制得；所述电聚合的聚合电压区间为-0.4～1.2v，扫描速率为50mv/s。

优选地，电聚合的具体操作包括：玻碳电极、铂丝电极、ag/ag/cl电极浸入氯金酸溶液中进行聚合，聚合周期为电流峰值对应的聚合圈数。

优选地，所述纳米金/玻碳电极修饰电极外接于电化学工作站ch-960d。

优选地，步骤2)所述含有黄曲霉毒素的待测样品溶液通过如下操作制得：将含有黄曲霉毒素的原始液体样本除去杂质，然后通过免疫亲和柱过滤，得到含有黄曲霉毒素的待测样品溶液。

优选地，所述fe³⁺溶液采用水溶性三价铁盐进行配制，所述配制的fe³⁺溶液的浓度为5mmol/l；

步骤1)中，所述黄曲霉毒素标准溶液和fe³⁺溶液的体积比为1:3；步骤2)中，含有黄曲霉毒素的待测样品溶液与fe³⁺溶液的体积比为1:3。

优选地，所述基于铁离子探针-纳米金/玻碳电极修饰电极的黄曲霉毒素的检测方法的最低检测浓度为1.6×10^-21mg/ml，达到单分子检测水平。

优选地，所述基于铁离子探针-纳米金/玻碳电极修饰电极的黄曲霉毒素的检测方法中，其回收率能够达到92.4％～93.9％。

优选地，所述黄曲霉毒素包括黄曲霉毒素m1、黄曲霉毒素b1-赖氨酸和黄曲霉毒素b1-硫醇尿酸。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种基于铁离子探针-纳米金/玻碳电极修饰电极的黄曲霉毒素的检测方法，本发明以fe³⁺作为探针，利用纳米金/玻碳电极修饰电极与黄曲霉毒素结合的特异性使响应信号产生明显波动，直接实现对黄曲霉毒素的高灵敏检测；其中，纳米金比表面积大、吸附能力强且具有高电子密度、介电特性和催化作用等优点，这些特性都有助于纳米金镀到玻碳电极表面，不会轻易脱落，修饰稳定性高，且对于增强电极活性具有积极意义，同时加强了检测方法的稳定性和实用性；本发明所述检测方法通过对黄曲霉毒素标准溶液标定绘制标准曲线，再进行含黄曲霉毒素待测样品的测试，能够避免标定误差；此外，通过本发明所述检测方法能够成功检测某种环境下相关产品的黄曲霉毒素含量，也能反映所处环境的好坏。因此，本发明所述检测方法，实现了人体及其环境中黄曲霉毒素及其代谢物的低限度、高灵敏检测，且操作方法简单。

进一步地，本发明选用了纳米金颗粒作为修饰玻碳电极的聚合物，并采用电聚合的方式制备纳米金/玻碳电极修饰电极，与其他方法相比操作更方便。

进一步地，本发明所述检测方法特针对于黄曲霉毒素的检测方法，其最低检测浓度为1.6×10^-21mg/ml，达到单分子检测水平，具有高灵敏性、响应快等优势。

进一步地，本发明所述检测方法的回收率达92.4％～93.9％，能够重复完成检测，且没有产生废旧受到污染的耗材，具有绿色环保、降低成本投入，因此能够适用于实际应用。

进一步地，经过相关测试表明，本发明公开的基于铁离子探针-纳米金/玻碳电极修饰电极的黄曲霉毒素的检测方法能够通过对血液、尿液、乳汁(包括牛乳、羊乳及人乳)中毒素及毒素代谢物进行检测，以实现毒素终端水平的实时监测，为监测人体内小分子毒素污染提供了新的思路。根据检测研究现状可知，由于没有通过代谢直接排出体外的黄曲霉毒素，会通过代谢进入人血液、尿液和乳汁中产生具有毒性的代谢物，其代谢主要分三种途径，一是转换成afm1、afq1和afp1存在乳汁中，其次是进入血液和尿液中形成afb1-lysine和afb1-nbc两种有毒加合物。因此，本发明公开的检测方法能够成功应用于检测牛乳中黄曲霉毒素m1、黄曲霉毒素b1-赖氨酸(afb1-lysine)和黄曲霉毒素b1-硫醇尿酸(afb1-nbc)含量，进而实现了对人体及其环境中黄曲霉毒素及其代谢物的高度灵敏检测应用。

附图说明

图1为本发明公开的基于铁离子识别的afm1电化学检测平台电化学传感器的纳米金修饰电极制备流程图传感原理图；

图2为纳米金/玻碳电极修饰电极的反应前后电镜图；其中，(a)为裸玻碳电极表面，(b)为纳米金/玻碳电极修饰电极表面；

图3为不同超声时间下记录的修饰电极响应信号；

图4为不同浓度的afm1的dpv响应及与氧化还原峰电流线性关系；其中，(a)为不同浓度的afm1的dpv响应，(b)为afm1浓度指数与氧化还原峰电流线性关系；

图5为检测时操作步骤示意；

图6为应用本发明分别检测afb1、afb1-nac和afb1-lysine的dpv响应。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明公开了一种基于铁离子探针的电化学传感器，该基于fe³⁺探针的电化学传感器可应用于黄曲霉毒素检测，其适用范围如下：

最低检测浓度达1.6×10^-21mg/ml，达到单分子检测水平。在真实样品的检测中，满足了牛奶、血液或尿液中各自所含黄曲霉毒素种类的检测要求，与酶联免疫法和荧光法相比较，其准确度较高。此外，本发明所述基于铁离子探针的电化学传感器从加标回收法测得结果能够显示出，应用本产品进行检测回收率达92.4％～93.9％(加标回收即在样品中加入毒素标准品，对已知浓度的样品进行检测，检测结果与原始浓度的比值即为本产品的回收率)。同时，本发明所述基于铁离子探针的电化学传感器不仅可以灵敏的检测黄曲霉毒素m1(afm1)等类似的毒素，而且对afb1的两种体内代谢物黄曲霉毒素b1-硫醇尿酸(afb1-nbc)和黄曲霉毒素b1-赖氨酸(afb1-lysine)也能灵敏的检测出来。对于样本并无特殊要求，处理方式类似，均需要进行纯化处理。

其中，上述基于铁离子探针-纳米金/玻碳电极修饰电极的黄曲霉毒素的检测方法中，所用到的纳米金/玻碳电极修饰电极的制备方法，包括以下步骤：

a)电极预处理

采用三电极体系系统，包括工作电极(玻碳电极)，对电极(铂丝电极)和参比电极(ag/ag/cl)。三电极体系系统中共组成了两个回路，工作电极和参比电极组成的一个回路，用来测量电极的电位，参比电极的电位是已知的。工作电极和对电极组成另一个回路，用来测量电流，即“三电极两回路”。

首先用准备好的蒸馏水将玻碳电极表面反复冲洗3遍，然后在湿润的抛光绒布上利用含三氧化二铝颗粒的抛光粉打磨玻碳电极至表面光滑、肉眼观察看不到其他颜色的反光，玻碳电极打磨完毕继续用大量蒸馏水并反复冲洗三次备用。对电极与参比电极冲洗干净备用。

b)配置氯金酸溶液

氯金酸溶液由haucl4·4h2o和kcl按照1:20的摩尔浓度比(溶液中最终浓度比)配制而成。首先准确称量所需haucl4·4h2o，超声溶解于20ml超纯水中，溶解充分后加入kcl，继续超声至充分溶解，最终制得氯金酸溶液。所得的氯金酸溶液避光低温保存备用。

c)纳米金/玻碳电极(aunps/gce)修饰电极的制备

如图1所示，为纳米金修饰电极的制备流程图。参见图1可知，将三电极(工作电极(玻碳电极)，对电极(铂丝电极)和参比电极(ag/ag/cl))放入电极架中固定，取5ml氯金酸溶液，将玻碳电极(gce)缓慢浸入溶液中(只要保证氯金酸溶液没过电极即可)。采用循环伏安法电聚合纳米金(aunps)，聚合电压区间为-0.4v～1.2v，扫描速率5mv/s，聚合圈数为5圈(其中，通过分析聚合不同周期的氧化还原电流，电流峰值对应的聚合圈数，即为最佳的聚合周期)；将所得纳米金/玻碳电极修饰电极与电化学工作站ch-960d和显示器配合，得到基于铁离子探针的电化学传感器。

其中，上述基于铁离子探针-纳米金/玻碳电极修饰电极的黄曲霉毒素的检测方法中，由上述纳米金/玻碳电极修饰电极与ch-960d电化学工作站，以及显示器电性连接使用。

本发明公开了一种基于铁离子探针-纳米金/玻碳电极修饰电极的黄曲霉毒素的检测方法，具体包括以下步骤：

①将含有黄曲霉毒素的原始液体样本除去杂质，然后通过免疫亲和柱，过滤后得到含有黄曲霉毒素的待测样品溶液；

②分别配制2.5×10^-4mg/ml，5×10^-7mg/ml，1×10^-9mg/ml，2×10^-12mg/ml，8×10^-18mg/ml，1.6×10^-21mg/ml的黄曲霉毒素标准溶液，将黄曲霉毒素标准溶液与fe³⁺溶液混合均匀后，得到含fe³⁺探针的标准待测液；使用纳米金/玻碳电极修饰电极没入含fe³⁺探针的毒素标准溶液中，记录此时积分脉冲伏安法的响应信号，利用绘图软件对数据进行分析处理，绘制黄曲霉毒素标准曲线，即得到黄曲霉毒素浓度指数与峰电流的线性相关方程；

③将含有黄曲霉毒素的待测样品溶液与fe³⁺溶液按照1:3体积比混合均匀(fe³⁺溶液中铁离子浓度为5mmol/l)，制得含有fe³⁺探针的待测样品溶液；

④将采用上述纳米金/玻碳电极修饰电极没入含有fe³⁺探针的待测样品溶液中，记录此时积分脉冲伏安法的响应信号，根据上述步骤③得到的黄曲霉毒素标准曲线的黄曲霉毒素浓度指数与峰电流的线性相关方程拟合比对得到黄曲霉毒素的含量。

下面结合具体实施例对本发明做进一步陈述说明。

实施例1

本发明公开了一种基于铁离子探针的电化学传感器的制备方法，具体包括以下步骤：

a)电极预处理

首先用准备好的蒸馏水将玻碳电极表面反复冲洗，然后在湿润的抛光绒布上利用含三氧化二铝颗粒的抛光粉打磨玻碳电极。玻碳对电极与参比电极冲洗干净备用。

b)配制氯金酸溶液

氯金酸溶液由haucl4·4h2o和kcl按照1:20的摩尔浓度比(溶液中最终浓度比)配制而成。首先准确称量所需haucl4·4h2o，超声溶解于超纯水中，溶解充分后加入kcl，继续超声至充分溶解，最终制得浓度为5mmol/l的氯金酸溶液。

所得的氯金酸溶液避光低温保存备用。

c)纳米金/玻碳电极(aunps/gce)修饰电极的制备

如图1所示，为纳米金修饰电极的制备流程图。参见图1可知，将三电极(工作电极(玻碳电极)，对电极(铂丝电极)和参比电极(ag/ag/cl))放入电极架中固定，取适量氯金酸溶液将玻碳电极(gce)缓慢浸入溶液中。采用循环伏安法电聚合纳米金(aunps)，聚合电压区间为-0.4v～1.2v，根据记录的dpv响应图，分析不同扫描速率及聚合圈数下氧化还原电流的变化，选择最优扫描速率及聚合周期(聚合周期为电流峰值对应的聚合圈数)，以此得到纳米金/玻碳电极修饰电极。

d)将所得纳米金/玻碳电极修饰电极通过导线与电化学工作站(ch-960d)连接，再与显示器相连，，检测所得信号将传达到显示器端或者手机或者其他智能装置上并显示出检测结果，实现现场的实时检测。还根据信号分析，可进一步探究体内的黄曲霉毒素污染情况，对于毒素污染防治具有重大意义。

其中，对纳米金/玻碳电极(aunps/gce)修饰电极进行表征测试为直观看到纳米金/玻碳电极(aunps/gce)修饰电极的聚合效果，取裸玻碳电极及纳米金/玻碳电极(aunps/gce)修饰电极于扫描电镜(sem)下观察。

如图2所示，从图中可以看出，aunps/gce修饰电极表面布满金纳米颗粒，就像细小的沙粒样均匀的附在电极表面，而裸电极表面光滑且干净，表面没有任何东西，两者形成鲜明的对比，进一步证明金纳米成功修饰到玻碳电极表面。

其中，对aunps/gce修饰电极进行稳定性表征测试

采用超声清洗的方式将纳米金修饰电极分别超声15s、30s、40s、60s、70s和75s，每次超声后再次测试，如图3展示即为不同超声时间下记录的修饰电极响应信号，从图中可知，修饰物金纳米在电极表面存在较稳定，因为纳米金本身就具有良好的催化性及高电子密度，都有助于纳米金镀到电极表面，实验期间不会轻易脱落。表明纳米金修饰电极具有良好的稳定性。

以上实验结果表明了修饰电极的良好的导电性与催化性，也证明了该aunps/gce修饰电极制备成功，为基于铁离子探针的电化学传感器的应用提供了良好的实验基础。

实施例2

采用如实施例1所述制备方法制得了基于铁离子探针的电化学传感器，将上述基于铁离子探针的电化学传感器在检测牛奶中afm1含量的应用：

1)配制黄曲霉毒素标准溶液、配制铁离子(fe³⁺)溶液

取黄曲霉毒素m1(afm1)标准品，溶于甲醇，制得毒素储备液；

fe³⁺溶液(浓度为5mmol/l)：采用铁氰化钾、氯化铁或硫酸铁等水溶性的铁盐进行配制。

毒素储备液与含fe³⁺溶液的混合体积比为1:3。

2)afm1标准溶液检测

以实施例1中修饰电极时控制的条件作为最优条件，采用差分脉冲伏安法(dpv)对不同浓度afm1进行扫描，黄曲霉毒素标准溶液的浓度梯度为：2.5×10^-4mg/ml，5×10^-7mg/ml，1×10^-9mg/ml，2×10^-12mg/ml，8×10^-18mg/ml，1.6×10^-21mg/ml，各个浓度下的含fe³⁺探针的标准待测液dpv响应如图4，参见图4可知，本发明所述检测方法，能够对浓度为1.6×10^-21mg/ml黄曲霉毒素标准溶液中的黄曲霉毒素具有灵敏的检测信号强度，因此本发明所述检测方法的最低检测浓度为1.6×10^-21mg/ml，能够达到单分子检测水平。对数据进行分析处理，得到afm1浓度指数与峰电流的线性相关方程，即黄曲霉毒素afm1标准曲线。

3)样本处理

取30ml的牛奶作为样本于50ml离心管中、加入20％的三氯乙酸(tca)去除蛋白，在台式离心机上离心5分钟(6000r/min)。取上层清液用0.22μm过滤器过滤，再通过免疫亲和柱，得到待测样品溶液。

4)实际样品检测

将待测样品溶液与含铁离子溶液按照1:3的混合体积比混合，得到含fe³⁺探针的待测样品溶液，备用。如图5所示，为检测时操作示意图，由图5可知，只需将处理后的含fe³⁺探针的待测样品溶液放入烧杯中，直至液位没过纳米金/玻碳电极修饰电极，纳米金/玻碳电极修饰电极处于待测样品溶液中央，不接触烧杯底部与四周。待液位平稳时，记录此时dpv响应信号，根据黄曲霉毒素标准曲线拟合的方程计算含有黄曲霉毒素的待测样品溶液中的毒素含量。

实施例3

采用如实施例1所述制备方法制得了基于铁离子探针的电化学传感器，将上述基于铁离子探针的电化学传感器应用于检测黄曲霉毒素b1-赖氨酸(afb1-lysine或afb1-ly)：

1)配置含黄曲霉毒素测试样本

取黄曲霉毒素b1-赖氨酸(afb1-lysine)标准品溶于甲醇溶液，按照与铁离子溶液1:3的混合体积比进行混合。

其中fe³⁺浓度为5mmol/l、afb1-lysine终浓度为1.69×10^-9mg/ml。

3)afb1-lysine样本毒素含量检测

如图5所示，为检测时操作示意图。参见图5可知，只需将处理后的待测样品溶液放入烧杯中，直至液位没过纳米金/玻碳电极修饰电极，纳米金/玻碳电极修饰电极处于待测样品溶液中央，不接触烧杯底部与四周。待液位平稳时，记录此时dpv响应信号。

实施例4

采用如实施例1所述制备方法制得了基于铁离子探针的电化学传感器，将上述基于铁离子探针的电化学传感器应用于检测黄曲霉毒素b1-硫醇尿酸(afb1-nbc)：

1)配置含黄曲霉毒素测试样本

取黄曲霉毒素b1-硫醇尿酸(afb1-nbc)标准品溶于甲醇溶液，按照与铁离子溶液1:3的混合体积比进行混合。其中fe³⁺浓度为5mmol/l、afb1-nbc终浓度为1.69×10^-9mg/ml。

2)样本毒素含量检测

如图5所示，为检测时操作示意图。参见图5可知，只需将处理后的待测样品溶液放入烧杯中，直至液位没过纳米金/玻碳电极修饰电极，纳米金/玻碳电极修饰电极处于待测样品溶液中央，不接触烧杯底部与四周。待液位平稳时，记录此时dpv响应信号。

基于试验结果，证实本产品可应用于除黄曲霉毒素m1(afm1)外，黄曲霉毒素b1-硫醇尿酸(afb1-nac)、黄曲霉毒素b1-赖氨酸(afb1-lysime)等毒素代谢产物的检测。在众多黄曲霉毒素中，并不是所有毒素都会对人体造成伤害，有些通过代谢会直接排出体外，有些则会通过代谢进入人血液、尿液和乳汁中。如毒性最强的afb1本身并不会不能引起病变，但是进入人体后代谢物有剧毒，其代谢主要分三种途径，一是转换成afm1、afq1和afp1存在乳汁中，其次是进入血液和尿液中形成afb1-lysine和afb1-nbc两种有毒加合物。如图6所示，为将传感器应用于毒素代谢产物afb1-nac、afb1-lysime的检测结果。结果显示，本发明对于以上三种黄曲霉毒素均呈现出高灵敏性，即与空白组(blank)相比还原峰电流大幅度上升。

实施例5

本发明还公开了上述基于fe³⁺探针的电化学传感器的检测方法回收率评估

分别用此方法、酶联免疫法和荧光法测定afm1回收率，均使用空白加标的方法。在处理好的牛奶样品中加入已知浓度的标准品，处理方法同实施例2中操作，测定三个浓度，每个浓度重复三次。如表1所示，为一组实验结果展示。

表1三种检测方法检测afm1回收率评估

该方法检测获得回收率92.0％～93.9％，明显优于传统的荧光法和酶联免疫法，表明该传感器在检测黄曲霉毒素中有很强的实用性。

本发明公开了一种基于fe³⁺探针-aunps/玻碳电极修饰电极的黄曲霉毒素检测方法技术。以纳米金作为聚合物，通过电聚合的方法对玻碳电极进行修饰，操作简便且能大大提高生物传感器的活性和灵敏度。fe³⁺与afm1的特异性结合带来响应信号的剧烈变化，使得以fe³⁺作为探针的纳米金/玻碳电极修饰电极的检测方法技术具备高灵敏性、检出限低、可实现现场检测等优势，对解决黄曲霉污染终端水平监测这一难题具有重大意义。被检测的黄曲霉毒素的信号能够传达到类似于手机等智能装置上并显示出检测结果，实现现场的实时检测。根据被检测的黄曲霉毒素的信号分析，可进一步探究体内的黄曲霉毒素污染情况，对于毒素污染防治具有重大意义。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。