食品真菌毒素检测用光子晶体水凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开一种食品真菌毒素检测用光子晶体水凝胶的制备方法,其特征在于,利用大小均一的聚甲基丙烯酸甲酯颗粒，以此作为光子晶体的原料，并进行自组装；聚甲基丙烯酸甲酯颗粒的直径范围在150～300纳米，尺寸不同，模板颜色不同，每种颜色代表一种待检物,用于多种真菌毒素的同时检测；三明治法将模板复制到水凝胶中，使其成为具有响应性的光子晶体水凝胶。本发明专利技术利用光子晶体的结构色特点，区别于传统染料，具有无毒、高亮度、高饱和度、永不褪色等突出优点，与水凝胶相结合，在外界条件发生变化时，其结构色可以随着环境变化在整个可见光范围内动态变化，实现对待测物的裸眼检测。

Preparation of Photonic Crystal Hydrogel for Food Mycotoxin Detection

【技术实现步骤摘要】
食品真菌毒素检测用光子晶体水凝胶的制备方法
本专利技术涉及光子晶体水凝胶的制备方法，具体涉及一种食品真菌毒素检测用光子晶体水凝胶的制备方法,利用该种材料可同时实现对多种真菌毒素的裸眼、快速、准确的检测。
技术介绍
食品安全是重大的民生问题，近年来，由真菌毒素引起的食品安全问题日益突出，造成了数百亿美元的经济损失。真菌毒素是真菌在食品或饲料中生长所产生的次级代谢产物，有极强的生物毒性，具有痕量、毒性强、种类繁多以及多种毒素共存于同一食品等特点，给实际检测带来很大困难。目前，国家标准规定食品中真菌毒素的检测方法有气相色谱质谱联用法(GC-MS)、高效液相色谱法(HPLC)、液相色谱质谱联用法(HPLC-MS)以及酶联免疫吸附法(ELISA)等。这些方法虽然可对检测物进行定性定量分析，但样品前处理复杂、操作繁琐、所需样本体积量大，且每次只能检测某一种特定物质，无法满足同时检测多种待检物的需求。而在实际检测中，一些粮食在生长或贮存中，经常被多种不同的真菌毒素污染。即使一些真菌毒素不会同时污染同一粮食作物，但食品加工通常把多种原料加工成一种食品，造成真菌毒素的累积，人们消费这些食品时可能会同时摄入多种真菌毒素，而这些毒素可能存在毒性加和效应，对健康的危害系数增大。因此亟待建立一种准确、灵敏、高通量检测真菌毒素的新方法，实现对多种真菌毒素的同时检测，缩短分析时间，避免在检测过程中出现漏检而造成对人体健康的危害。基于荧光编码微球的液相芯片是继基因芯片、蛋白质芯片之后的新一代生物分子高通量检测技术平台，它可实现同时对多种物质的定性和定量分析。与常规免疫学或核酸检测方法相比，最突出的优点在于：仅需少量样本即可高通量检测目标分子，而且还具有操作简单、快速，准确度高、检测范围广等优点。因此，液相芯片技术为实现食品中真菌毒素通量检测提供了良好的研究平台，受到越来越多的关注。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术的不足，提出了一种食品真菌毒素检测用光子晶体水凝胶的制备方法，以实现对真菌毒素的裸眼、快速检测。本专利技术的技术方案包括：食品真菌毒素检测用光子晶体水凝胶的制备方法,其特征在于,包括如下步骤：1)利用大小均一的聚甲基丙烯酸甲酯颗粒，以此作为光子晶体的原料，并进行自组装；聚甲基丙烯酸甲酯颗粒的直径范围在150～300纳米，尺寸不同，模板颜色不同，每种颜色代表一种待检物,用于多种真菌毒素的同时检测；2)三明治法将模板复制到水凝胶中，使其成为具有响应性的光子晶体水凝胶；3)在光子晶体水凝胶中加入识别元件，实现待检物的特异性检测。包括如下步骤：1)聚甲基丙烯酸甲酯纳米颗粒的制备：采用无皂乳液聚合法合成，通过改变加入MMA单体的量，合成不同直径的颗粒，大小为150～300纳米；2)垂直沉积法制备光子晶体模板；3)配制水凝胶预聚液，利用形成三明治的方法，将所述步骤2)中的光子晶体模板上规则排列的所述步骤1)中聚甲基丙烯酸甲酯纳米颗粒复刻到水凝胶中，再将其浸泡于甲苯中，除去纳米颗粒，形成规则孔洞；4)在水凝胶孔洞中加入识别元件适配体。所述步骤1)聚甲基丙烯酸甲酯纳米颗粒的制备步骤如下：(1)去除原材料MMA中的阻聚剂：配制0.1mol/LNaOH水溶液，将其与MMA以体积比1:1加入分液漏斗，摇晃后静置分层；打开塞子，使下层的NaOH流出；继续往分液漏斗里面加去离子水，以除去残留的NaOH，摇晃后静置分层，将下层水从活塞里放出，用pH试纸检查直至溶液呈中性；将MMA从分液漏斗的上口倒出来到烧瓶里，加入无水CaCl2，摇晃，静置半小时去除水分；并用滤纸过滤出MMA，带后续实验备用；(2)将三口烧瓶置于80℃的油浴锅中，加入20～30ml除氧后的去离子水，再加入2～5ml的PMMA单体溶液和0.1～0.5ml的二乙烯基苯(DVB)溶液；(3)待水温升到80℃后，在恒定的搅拌速度下迅速加入40～60mg的过硫酸钾(KPS)的溶液，氮气保护下反应45分钟，即可得到单分散的白色微球乳液；(4)将微球乳液离心多次，得到粒径均一的聚甲基丙烯酸甲酯纳米颗粒，作为光子晶体的原材料。所述步骤2)是采用所述步骤1)聚甲基丙烯酸甲酯纳米颗粒自组装形成光子晶体模板，具体步骤如下：(1)取0.5～2mL预先制作好的PMMA球加入到4mL试管中，并充分离心使颗粒呈单分散状态；(2)将载玻片用玻璃刀切成宽度相等的玻璃条，标准为使其能竖直立在试管中不晃动；用食人鱼溶液(浓硫酸：过氧化氢＝7:3)浸泡切好的玻璃片24h后，蒸馏水洗净备用；(3)将处理好的玻璃片垂直插入到不同浓度的纳米颗粒溶液中，放入烘箱中，调整烘箱温度为30～40℃，随着溶剂的挥发，单分散微球依靠毛细作用力及微球间的相互作用力，在竖直玻璃片上进行自组装，3天即成功制得光子晶体，光子晶体的生长过程应尽量保持环境的稳定、安静，切勿震动或触动烘箱。(4)光子晶体水凝胶制作步骤如下：(a)将聚乙二醇聚丙烯酸酯(PEGDA)、丙烯酸、缓冲液、α-羟基异丁酰苯(HMPP)按照40％～70％、5％～10％、20％～40％、5％～10％的比例配制水凝胶预聚液；(b)将干净的玻璃片和自组装完成的光子晶体叠在一起，并用夹子夹好，形成三明治结构，将三明治结构浸泡于配好的水凝胶预聚液中0.5～1h；(c)时间到后，取出并用紫外灯光照射，使水凝胶固化；(d)将水凝胶从玻璃片中小心剥下，放入甲苯溶液中，使纳米颗粒被腐蚀；(e)用蒸馏水清洗水凝胶薄膜，备用。所述步骤4)在水凝胶孔洞中加入识别元件适配体采用水凝胶光子晶体连接适配体，具体步骤如下：(1)将清洗后的水凝胶薄膜浸泡于含有TEMED和NaOH的混合溶液中，使羧基形成；(2)加入EDC和NHS溶液活化羧基；(3)加入有氨基端的真菌毒素适配体，将其固定于薄膜中，以做以后毒素检测用。有益效果1.本专利技术利用光子晶体的结构色特点，区别于传统染料，具有无毒、高亮度、高饱和度、永不褪色等突出优点，与水凝胶相结合，在外界条件发生变化时，其结构色可以随着环境变化在整个可见光范围内动态变化，实现对待测物的裸眼检测。2.本专利技术可用于检测真菌毒素的光子晶体水凝胶的特征为：透明、柔软的水凝胶在光源(自然光或白炽灯)照射下，会呈现一定的色彩；将水凝胶中的孔隙结构接入待检物的识别元件，如抗体或适配体，当目标待检物存在时，结构色会发生变换，且变化过程与待检物浓度有关，以此来达到裸眼快速检测的目的。附图说明图1是用无皂乳液聚合法合成的聚甲基丙烯酸甲酯纳米颗粒的透射电子显微镜照片。图2是PMMA自组装形成光子晶体的数码照片。具体实施方式下面的实施例中将对本专利技术作进一步的阐述，但本专利技术不限于此。实施例1聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纳米颗粒合成步骤如下：1)去除原材料MMA中的阻聚剂：配制0.1mol/LNaOH水溶液，将其与MMA以体积比1:1加入分液漏斗，摇晃后静置分层；打开塞子，使下层的NaOH流出；继续往分液漏斗里面加去离子水，以除去残留的NaOH，摇晃后静置分层，将下层水从活塞里放出，用pH试纸检查直至溶液呈中性；将MMA从分液漏斗的上口倒出来到烧瓶里，加入无水CaCl2，摇晃，静置半小时去除水分；并用滤纸过滤出MMA，带后续实验备用。2)将三口烧瓶置于80℃的油浴锅中，加入20ml除氧后的去离子水，再本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.食品真菌毒素检测用光子晶体水凝胶的制备方法,其特征在于,利用大小均一的聚甲基丙烯酸甲酯颗粒，以此作为光子晶体的原料，并进行自组装；聚甲基丙烯酸甲酯颗粒的直径范围在150～300纳米，尺寸不同，模板颜色不同，每种颜色代表一种待检物,用于多种真菌毒素的同时检测；三明治法将模板复制到水凝胶中，使其成为具有响应性的光子晶体水凝胶。

【技术特征摘要】
1.食品真菌毒素检测用光子晶体水凝胶的制备方法,其特征在于,利用大小均一的聚甲基丙烯酸甲酯颗粒，以此作为光子晶体的原料，并进行自组装；聚甲基丙烯酸甲酯颗粒的直径范围在150～300纳米，尺寸不同，模板颜色不同，每种颜色代表一种待检物,用于多种真菌毒素的同时检测；三明治法将模板复制到水凝胶中，使其成为具有响应性的光子晶体水凝胶。2.根据权利要求1所述的食品真菌毒素检测用光子晶体水凝胶的制备方法,其特征在于,包括如下步骤：1)聚甲基丙烯酸甲酯纳米颗粒的制备：采用无皂乳液聚合法合成，通过改变加入MMA单体的量，合成不同直径的颗粒，大小为150～300纳米；2)垂直沉积法制备光子晶体模板；3)配制水凝胶预聚液，利用形成三明治的方法，将所述步骤2)中的光子晶体模板上规则排列的所述步骤1)中聚甲基丙烯酸甲酯纳米颗粒复刻到水凝胶中，再将其浸泡于甲苯中，除去纳米颗粒，形成规则孔洞；4)在水凝胶孔洞中加入识别元件适配体。3.根据权利要求2所述的品真菌毒素检测用光子晶体水凝胶的制备方法,其特征在于,所述步骤1)聚甲基丙烯酸甲酯纳米颗粒的制备步骤如下：(1)去除原材料MMA中的阻聚剂：配制0.1mol/LNaOH水溶液，将其与MMA以体积比1:1加入分液漏斗，摇晃后静置分层；打开塞子，使下层的NaOH流出；继续往分液漏斗里面加去离子水，以除去残留的NaOH，摇晃后静置分层，将下层水从活塞里放出，用pH试纸检查直至溶液呈中性；将MMA从分液漏斗的上口倒出来到烧瓶里，加入无水CaCl2，摇晃，静置半小时去除水分；并用滤纸过滤出MMA，带后续实验备用；(2)将三口烧瓶置于80℃的油浴锅中，加入20～30ml除氧后的去离子水，再加入2～5ml的PMMA单体溶液和0.1～0.5ml的二乙烯基苯(DVB)溶液；(3)待水温升到80℃后，在恒定的搅拌速度下迅速加入40～60mg的过硫酸钾(KPS)的溶液，氮气保护下反应45分钟，即可得到单分散的白色微球乳...

【专利技术属性】
技术研发人员：王汉杰，杨旻晔，常津，崔梅慧，李显煌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12