CN112540074A

CN112540074A - 一种基于静电纺丝法农药残留速测卡及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN112540074A
Application number: CN201910890784.2A
Authority: CN
Inventors: 吴虹; 翟梦宇; 冯坤; 宗敏华
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2021-03-23

Abstract

本发明公开了一种基于静电纺丝法农药残留速测卡及其制备方法和应用，该速测卡包括酶膜和底物膜两部分，酶膜是负载胆碱酯酶的纳米纤维膜，底物膜是负载吲哚乙酸酯的纳米纤维膜，所述酶膜和底物膜是将高分子材料聚乙烯醇分别与活性物质胆碱酯酶、吲哚乙酸酯共混，采用静电纺丝的方法制备的；该速测卡可以应用于检测有机磷及氨基甲酸酯类农药，使用时，将待检测样品滴加于酶膜上预反应，再使酶膜与底物膜接触反应，观察显色。本发明所制备的农残速测卡可重复利用，速测卡酶促反应前后颜色变化明显，检测限低，稳定性好，易于保存。

Description

一种基于静电纺丝法农药残留速测卡及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于农药残留快速检测技术领域，具体涉及一种基于静电纺丝法农药残留速测卡及其制备方法和应用。

背景技术

在现代化进程的脚步中，人们对食品安全的要求也越来越高，但是我国农药的不合理使用导致农产品中的农药残留超标，影响消费者食用安全同时也会影响农产品的贸易。目前，市面上农药残留的快速检测方法主要有速测仪、速测卡、酶传感器及试剂盒等。但除速测卡外，其它的检测方法或成本较高或需配套的大型昂贵的仪器，或过程难以掌握需对操作人员培训，因而不适用于大量的快速现场检测。

农药残留速测卡是利用乙酰胆碱酯酶专门催化神经传导介质乙酰胆碱的水解反应使之由红色变为蓝色的基本原理。速测卡中含有乙酰胆碱类似物吲哚乙酸酯，吲哚乙酸酯在胆碱酯酶的催化下发生水解反应产生吲哚酚，吲哚酚自身氧化成显蓝色的靛蓝。有机磷及氨基甲酸酯类农药对胆碱酯酶有抑制作用，使催化、水解、变色过程发生变化，农药速测卡就是由此来判断有机磷及氨基甲酸酯类农药的残留。速测卡使用的固定材料一般有玻璃纤维、定性滤纸、吸水纸、流延膜等，而当检测限较低时，需借助其它仪器检测。目前，市售速测卡的检测限以GB/T 5009.199-2003为执行标准，实际应用中对于氨基甲酸酯类农药甲萘威检测限也只能达到国标2.5mg/L，在农药的残留低于该标准时，现有速测卡无法进行检测。

纳米纤维因其较高的比表面积和多孔率成为一种良好的载体。静电纺丝法是当前一种制备连续纳米纤维简单又普遍应用的方法，且所得纤维直径小、比表面积大，工艺简单、设备价格低廉，还可将活性物质加入纺丝溶液中混纺。迄今为止，使用静电纺丝法制备农残速测卡的研究尚未见报道。

发明内容

本发明为解决上述背景技术中提出的问题，提供了一种采用静电纺丝法制备农药残留快速检测卡的方法。本发明制备的农残速测卡包括两部分，一部分是将聚乙烯醇与胆碱酯酶溶液混合均匀得到纺丝液，通过静电纺丝法制备的负载胆碱酯酶的纳米纤维(以下简称酶膜)，一部分是将聚乙烯醇、吲哚乙酸酯、乙醇混合均匀得到纺丝液，通过静电纺丝法制备的负载吲哚乙酸酯的纳米纤维 (以下简称底物膜)。该速测卡可重复利用，稳定性好，农药检测限优于国标。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于静电纺丝法农药残留速测卡，该速测卡包括酶膜和底物膜两部分，酶膜是负载胆碱酯酶的纳米纤维膜，底物膜是负载吲哚乙酸酯的纳米纤维膜，所述酶膜和底物膜是将高分子材料聚乙烯醇分别与活性物质胆碱酯酶、吲哚乙酸酯共混，采用静电纺丝的方法制备的。

一种基于静电纺丝法农药残留速测卡的制备方法，包括如下步骤：

(1)将聚乙烯醇加入水中溶解，得到质量分数为5～12％的聚乙烯醇溶液；将胆碱酯酶加入磷酸缓冲液中，得到浓度为4～20mg/mL的酶溶液；

(2)将步骤(1)中得到的聚乙烯醇溶液和酶溶液按照2～4:1的比例混合，搅拌均匀，得到静电纺丝酶液，再通过静电纺丝工艺制备成膜，得到所述酶膜；

(3)将吲哚乙酸酯加入无水乙醇中，混合均匀后，再加入水混合，得到酯溶液；吲哚乙酸酯与无水乙醇的浓度比为20±2mg/mL；

(4)将步骤(1)中的聚乙烯醇溶液与步骤(3)中的酯溶液按照2～4:1的比例混合，搅拌均匀，得到静电纺丝底物液，再通过静电纺丝工艺制备成膜，得到所述底物膜。

优选地，步骤(1)中的溶解为加热搅拌溶解，加热温度为50～90℃，步骤 (1)中磷酸缓冲液的pH为7.4±0.4。

优选地，步骤(2)中所述胆碱酯酶为乙酰胆碱酯酶、丁酰胆碱酯酶中的一种或两种。

优选地，步骤(2)静电纺丝酶液和步骤(4)静电纺丝底物液中聚乙烯醇的质量分数均为7.5％。

优选地，步骤(2)中所述静电纺丝工艺条件为针头直径为0.6～0.8mm，溶液流速为0.2～0.6mL/h，针头到接收板的距离为10～18cm，电压为12～20 kV，静电纺丝5～10h。

优选地，步骤(3)中无水乙醇与水的体积比为1:1～1:0。

优选地，步骤(3)中无水乙醇与水的体积比为3:2。

优选地，步骤(4)中所述静电纺丝的工艺条件为针头直径为0.6～0.8mm，溶液流速为0.2～1.0mL/h，针头到接收板的距离为12～20cm，电压为11～16kV，静电纺丝3～10h。

一种基于静电纺丝法农药残留速测卡在检测有机磷及氨基甲酸酯类农药中的应用。

所述农残速测卡的使用方法：将待检测样品滴加于酶膜上，在30～37℃反应 10～15min，再将其与底物膜叠合，30～37℃反应5～10min，若酶膜为蓝色，或与空白对照相同，则为阴性；若酶膜为无色或颜色明显比空白对照浅，则为阳性。酶膜与底物膜叠合，阴性时，底物膜中的吲哚乙酸酯在酶的催化作用下发生水解反应生成吲哚酚，吲哚酚自身氧化成显蓝色的靛蓝，附着到无色的酶膜上，使无色酶膜显色；阳性时，酶的催化作用被抑制，叠合反应10min内酶膜为无色，但10min后，随着抑制的减弱，酶膜也会变为蓝色。

探究其可重复利用性：将已使用的酶膜上的显色物质用蒸馏水或磷酸缓冲液冲洗至无色，通过真空干燥或室温自然风干后可再次通过上述使用方法使用。静电纺丝技术作为一种可生产超细纤维、高效便捷的技术，由于其有很大的比表面积，用作酶的固定材料时有一个显著特点：酶在包埋的过程中没有损失，而酶分子的释放会随着载体材料比表面积的增大而增大。酶膜制备时是将乙酰胆碱酯酶与载体材料聚乙烯醇共混，然后电纺成纤维。这一技术可以实现酶的缓释功能，从而实现酶膜的重复利用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本发明首次采用静电纺丝法制备纳米纤维膜用于农药残留快速检测，该纳米纤维膜具有较小的孔径、较高的比表面积和孔隙率，有利于实现酶与底物有效地包埋固定，拓展了静电纺丝技术在检测领域的应用空间。

(2)本发明制备的速测卡酶膜可重复利用。

(3)本发明制备的速测卡酶促反应前后颜色变化明显，检测限更低，稳定性好，易于保存。

附图说明

图1为产品示意图，其中1、2分别是酶膜和底物膜；

图2(a)、(b)、(c)、(d)分别对应实施例3中本发明速测卡滴加浓度为2.5mg/L、0.5mg/L、0.1mg/L、0mg/L的甲萘威溶液的显色结果；

图3(a)、(b)、(c)、(d)分别对应实施例4中本发明重复利用的速测卡滴加浓度为2.5mg/L、0.5mg/L、0.1mg/L、0mg/L的甲萘威溶液的显色结果；

图4(a)、(b)、(c)、(d)分别对应实施例5中市售速测卡滴加浓度为2.5mg/L、0.5mg/L、0.1mg/L、0mg/L的甲萘威溶液的显色结果，其中左边的为底物片显色结果，右边的为酶片显色结果。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

(1)将10g聚乙烯醇溶于100mL蒸馏水中，于60℃下搅拌30min，再于80℃ 下搅拌1h，得到均匀的聚乙烯醇溶液，冷却至室温。

(2)将乙酰胆碱酯酶加入pH为7.4的磷酸缓冲液中，得到浓度为8mg/mL的酶溶液。

(3)将步骤(1)与步骤(2)所得到的溶液按照3:1的比例混合，搅拌均匀，得到静电纺丝酶液；

(4)将(3)所得的静电纺丝酶液吸入5mL注射器中，采用0.6mm的针头，调整针头到接收器的距离为14cm，调节电压为16kV，流速为0.3mL/h，温度为25℃，湿度为35％，纺丝6h，得到聚乙烯醇浓度为7.5％、乙酰胆碱酯酶浓度为2mg/mL的酶膜。

(5)18mg吲哚乙酸酯溶于0.9mL无水乙醇中，再与0.6mL蒸馏水混合均匀。

(6)将步骤(1)与步骤(5)所得的溶液按照3:1的比例混合，搅拌均匀，得到静电纺丝底物液；

(7)将(6)所得的静电纺丝底物液吸入5mL注射器中，采用0.6mm的针头，调整针头到接收器的距离为16cm，调节电压为13kV，流速为0.5mL/h，温度为 25℃，湿度为30％，纺丝4h，得到聚乙烯醇浓度为7.5％、吲哚乙酸酯浓度为 3mg/mL的底物膜。

实施例2

对实施例1方法制备的农药残留速测卡的检测方法与判断标准：

将50μL制备的待测样品液滴加到农残速测卡的酶膜上，37℃反应10min，再将底物膜压到酶膜上，37℃反应5min，观察显色结果。磷酸缓冲液作为空白对照。

若酶膜变成蓝色或与空白对照卡颜色相同，则表示结果为阴性；若酶膜为无色或极浅蓝色或颜色明显比空白对照卡浅，则表示结果为阳性；若空白对照中乙酰胆碱酯酶膜为无色或极浅蓝色，则表示速测卡失效。

实施例3

测定实施例1方法制备的农药残留速测卡的性能及检测限。

本发明执行的标准是GB/T 5009.199-2003，根据此标准设定样品浓度。

将甲萘威标准溶液(100μg/mL)稀释，得到浓度为2.5mg/L、0.5mg/L、0.1mg/L 待测甲萘威溶液。将50μL三种待测样品分别滴加到三张酶膜上，37℃反应 10min。再将三张底物膜分别压到酶膜上，37℃反应5min，观察显色结果。磷酸缓冲液作为空白对照。

显色结果表明2.5mg/L、0.5mg/L、0.1mg/L三种浓度的样品均为无色，与阴性对照的磷酸缓冲液蓝色结果对比明显。

实施例4

测定实施例3已使用农药残留速测卡的可重复利用性。

将实施例3中已使用的速测卡酶膜使用磷酸缓冲液冲洗至无色，置于真空干燥箱中干燥2h，设置温度为25℃。

将50μL浓度为2.5mg/L、0.5mg/L、0.1mg/L待测甲萘威溶液分别滴加到三张酶膜上，37℃反应10min。再将三张未使用的底物膜分别压到酶膜上，37℃反应5min，观察显色结果。磷酸缓冲液作为空白对照。

实施例5

测定市售速测卡的性能并将其与实施例2中的结果进行比较。

将由甲萘威标准溶液稀释得到的2.5mg/L、0.5mg/L、0.1mg/L待测甲萘威溶液分别取50μL滴加到市售速测卡的酶片上，37℃反应10min。再将酶片与底物片叠合，37℃反应5min，观察显色结果。磷酸缓冲液作为空白对照。

通过对比结果可以得到，采用实施例1方法制备的农残速测卡对于氨基甲酸酯类农药甲萘威的检测限低于市售速测卡(0.1mg/L VS 2.5mg/L)。

实施例6

选取瓜果类蔬菜作为待测样品，并对其进行如下处理：

(1)取适量新鲜的瓜果表皮及皮下组织，切成1cm²大小；

(2)取步骤(1)所获样品5g加入10mL 0.1mol/L、pH为8.0的磷酸缓冲液中，充分摇匀，过滤，选取过滤液作为待测样品液；

(3)取实施例1方法制备的农药残留速测卡，将样品液滴加到酶膜，37℃反应10min，再将底物膜压到酶膜上，37℃反应5min，观察显色情况。

(4)与空白对照卡比较，判定结果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于静电纺丝法农药残留速测卡，其特征在于，该速测卡包括酶膜和底物膜两部分，酶膜是负载胆碱酯酶的纳米纤维膜，底物膜是负载吲哚乙酸酯的纳米纤维膜，所述酶膜和底物膜是将高分子材料聚乙烯醇分别与活性物质胆碱酯酶、吲哚乙酸酯共混，采用静电纺丝的方法制备的。

2.权利要求1所述速测卡的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的溶解为加热搅拌溶解，加热温度为50～90℃，步骤(1)中磷酸缓冲液的pH为7.4±0.4。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述胆碱酯酶为乙酰胆碱酯酶、丁酰胆碱酯酶中的一种或两种。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)静电纺丝酶液和步骤(4)静电纺丝底物液中聚乙烯醇的质量分数均为7.5％。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述静电纺丝工艺条件为针头直径为0.6～0.8mm，溶液流速为0.2～0.6mL/h，针头到接收板的距离为10～18cm，电压为12～20kV，静电纺丝5～10h。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，无水乙醇与水的体积比为1:1～1:0。

8.根据权利要求2或7所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中无水乙醇与水的体积比为3:2。

9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述静电纺丝的工艺条件为针头直径为0.6～0.8mm，溶液流速为0.2～1.0mL/h，针头到接收板的距离为12～20cm，电压为11～16kV，静电纺丝3～10h。

10.根据权利要求1所述的一种基于静电纺丝法农药残留速测卡在检测有机磷及氨基甲酸酯类农药中的应用。