摘要
真菌毒素（mycotoxin）是真菌的剧毒代谢产物，存在于食品和农产品中且不易去除，严重危害人类和动植物健康，而且同一产品中真菌毒素的共存很常见，需要开发一种简单快速且灵敏的检测机制用于其单一或多重检测。作为一种新型的光学材料，光子晶体（photonic crystal, PhC）是由具有周期性空间排列的不同介电常数介质制造的一种规则光学结构，具有优异的光学性质和独特的应用。调控其内部构造和介电参数能够控制光子运动，而引入缺陷破坏周期结构可以人为制造更多高性能材料，甚至实现信息技术“全光子化”。利用光子晶体的典型性质光子禁带（photonic bandgap, PBG）作为检测依据，开发了一种全新的光子晶体适配体（aptamer, Apt）复合材料用于响应真菌毒素的检测平台。本论文以三维蛋白石和反蛋白石结构光子晶体作为检测基底，结合金属纳米粒子表面等离子体共振效应的信号增益以及适配体作为识别元件的特异性靶向，构建了一个制备简便、特异性强、灵敏度高的无标记光学传感系统，可应用于食品中痕量真菌毒素的单一或多重同时分析检测。具体工作如下： 1. 第一章对本论文中涉及到光子晶体的性质、制备和应用，真菌毒素的检测方法，适配体的筛选及应用作了综述，并对论文工作的研究意义、研究内容及创新性进行了简单的概述。 2. 第二章涉及了单分散纳米胶体微球的合成、二维和三维光子晶体的组装，并讨论了自组装中易形成的自发缺陷。分别合成了二氧化硅（SiO2）和聚苯乙烯（PS）胶体纳米颗粒，改变物料投入量及配比调控尺寸，得到粒径均匀、球形规整的颗粒。使用多种自组装方法制备了二维光子晶体（2D PhCs）和三维蛋白石及反蛋白石光子晶体（3D PhCs/IOPhCs），对所得材料进行测试、筛选和优化，最终确定了逐层堆积（LBL）气液界面自组装构建的层数可控的 SiO2 3D PhCs和垂直沉积下溶胶凝胶共组装 SiO2 3D IOPhCs，得到的光子晶体材料微观结构排列紧密，光谱谱图高度对称，纳米颗粒构建块粒径的变化会导致反射峰蓝移或红移，符合布拉格衍射定律，证明了晶体的有序性周期结构。 3. 第三章设计了一种光学传感系统对黄曲霉毒素 B1（AFB1）进行灵敏检测。以 LBL自组装制造的五层 SiO2 3D PhCs作为传感平台，采用化学还原法制备金纳米粒子（AuNPs），利用氨基-金和静电相互作用连接识别元件适配体，得到复合材料 AFB1-Apt 3D PhCs。AFB1 和适配体的结合使适配体结构改变，导致PhCs折射率的变化从而实现AFB1的检测。传感器的线性检测范围为10-3-100 ng/mL，检测限（LOD）为 0.281 pg/mL，实际样品小米和啤酒中的加标回收率为93.1-109.1%，表明该传感系统准确性良好，可用于实际样品中AFB1的分析。 4. 在第三章基础上开发了三种真菌毒素的多重检测系统，分别是 AFB1、赭曲霉毒素A（OTA）和伏马菌素B1（FB1）。垂直沉积下溶胶凝胶共组装了具有三种 PBG 特征峰的 SiO2 3D IOPhCs，结合适配体和 AuNPs 构建了光学传感器SiO2-Apt 3D IOPhCs，PBG-Mycotoxin“一对一”效应达到同时检测多种毒素的目标。传感器测定的线性检测范围分别为 10-4-100 ng/mL（AFB1）、10-4-10 ng/mL （OTA）以及 10-3-100 ng/mL（FB1），LOD 分别为 0.066 pg/mL（AFB1）、0.076 pg/mL（OTA）和 0.205 pg/mL（FB1）。实际样品黄豆和玉米中的回收率范围在86.3-114.8%，表明传感系统对多重真菌毒素的检测灵敏且准确，能够在复杂环境中实现检测。将 AuNPs 替换为银纳米粒子（AgNPs）和金纳米簇（AuNCs）进行单一目标物OTA和FB1的检测，也具有一定的检测效果，说明了该设计方法具有良好的应用前景。
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