[发明专利]检测农药的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及使用胆碱酯酶检测农药的方法和装置。具体地，本发明涉及一种基于固定有胆碱酯酶(acetylcholinesterase，AChE)的磁性纳米粒子的新型农药检测方法，其中所述磁性纳米粒子充当载体以收集溶液中的胆碱酯酶。本发明还涉及采用上述方法的用于农药检测的便携式探测器。

背景技术

根据数据统计，全球每年消耗约250万吨农药，其中大多数被施用于农作物。然而，超过95％的农药在雨水和阳光的照射下，最终进入水、土壤和空气中，造成了严重的环境污染。另一方面，农作物上残存的农药也会引发严重的食物中毒事件。世界卫生组织(WHO)估计全球每年会发生100万农药中毒案例，并有2万人死亡。因此，开发一种便携式家用农药传感器是迫切且重要的。

有机氯、有机磷和氨基甲酸酯在20世纪60年代是三种主要的农药。后续研究发现大多数有机氯是持久性的有机污染物，当它们释放到环境中时会造成潜在危险。例如，DDT在20世纪中期曾被广泛用于控制害虫，但研究发现它会在食物链中累积，并造成鸟类的不孕，引发生态灾难，目前已在大多数国家中被禁止使用。目前有机磷和氨基甲酸酯已大量取代了有机氯，这两种农药占据农药市场的70％。有机磷和氨基甲酸酯均通过抑制乙酰胆碱酯酶(AChE)的活性因而导致过量的乙酰胆碱(ACh，乙酰胆碱酯酶的底物)在突触间隙积累来起作用。过量的乙酰胆碱可引起遍及整个个体的神经肌肉麻痹(长时间的肌肉收缩)，导致因窒息而死亡。基于有机磷和氨基甲酸酯对乙酰胆碱酯酶活性的抑制效果，已经开发了一些农药传感器。基本上，它们的检测方法可分为以下两种方式：一种是通过添加称为埃尔曼试剂(Ellman’s reagent)的5，5′-二硫代双-(2-硝基苯甲酸)(5，5′-dithiobis-(2-nitrobenzoic acid)，DTNB)经由分光光度计检测。DTNB与硫代胆碱(thiocholine，TCh)反应以得到TNB，所述硫代胆碱是乙酰硫代胆碱(ATCh，ACh被ATCh代替以得到二硫键)的水解产物，TNB即5-硫代-2-硝基苯甲酸，是一种在412nm具有最大吸收的黄色产物，如图1所示。另外的检测方法包括pH值测量法和电化学法等，如图20所示。

与需要专业人员并仅用于分析化学实验室传统方法(色谱方法和偶联的色谱-光谱方法：GC-MS，HPLC-MS)相比，乙酰胆碱酯酶检测系统通过简化或去除样品制备规程、使现场测试更方便快捷以及显著降低每次分析的成本而具有补充或者替代传统方法的潜力。然而，可靠性差和乙酰胆碱酯酶检测系统的短暂寿命仍限制了它的广泛应用。可靠性可通过增加信噪比(S/N)来增强，而由乙酰胆碱酯酶和农药之间的不可逆或部分可逆的抑制反应所致的乙酰胆碱酯酶短暂寿命可通过用新鲜的乙酰胆碱酯酶替代来容易地克服。增加信噪比的传统方式是通过将乙酰胆碱酯酶固定于具有高效电子转移的电极表面来进行的。已采用了多种基质材料，如普鲁士蓝、钴酞菁(CoPc)、聚(酰胺-胺)(PAMAM)、聚苯胺、金纳米粒子(AuNPs)、多壁碳纳米管(MWNTs)、Al₂O₃、SiO₂、ZnO等等。甲基对氧磷的低检测限在基于固定于AuNPs和丝纤蛋白修饰的Pt电极上的乙酰胆碱酯酶的电流分析生物传感器中已降至6×10^-11M。在实际应用中，此电流分析传感器的局限性是其在农药检测中的短暂寿命。虽然被抑制的乙酰胆碱酯酶可通过肟(如碘解磷定(prolidoxime iodide))部分地复活以保留乙酰胆碱酯酶的活性，但是电极上的乙酰胆碱酯酶固定层仍然需要频繁地替换，以保证测量的可靠性，而固定层的更换需要小心的操作，否则乙酰胆碱酯酶层会失去与电极的接触，从而影响到测量。

为了避免乙酰胆碱酯酶活性复活(耗时)以及乙酰胆碱酯酶层的替换(费力)，在本发明中，发明了一种基于固定有乙酰胆碱酯酶的水溶性磁性纳米粒子的新型农药检测方法。在此体系中，乙酰胆碱酯酶仍是信号源，而磁性纳米粒子充当乙酰胆碱酯酶载体以通过使用磁场收集乙酰胆碱酯酶来增加信噪比。当磁性纳米粒子大小小于20nm时，其表现出超顺磁性，这意指如果去除磁场，这些水溶性磁性纳米粒子可用水洗去。通过这种方式，抑制的乙酰胆碱酯酶在检测后可被容易地替换掉，由于每次都采用新的乙酰胆碱酯酶，不需要对其活性进行复活，也就避免了寿命短的缺点。

发明内容

本发明涉及使用固定有乙酰胆碱酯酶的磁性纳米粒子检测农药的方法和装置，具体地本发明涉及如下各项：

1.一种检测农药的方法，包括如下步骤：

(a)提供待测样品；