碳基场效应晶体管生物传感器检测牛奶中卡那霉素

摘要

抗生素污染问题可能导致细菌产生抗药性，从而威胁人类健康，已成为环境领域的热门话题.动物源性食品中残留抗生素的检测对于抗生素污染的控制具有重要意义.该研究致力于开发一种基于纳米材料的新型传感平台，以实现复杂基质中痕量卡那霉素的精准快速检测，并为生物传感器在食品安全监测领域应用提供了技术储备.由于半导体碳纳米管（CNT）具有优异的电学性能、良好的生物兼容性、尺寸兼容性等优点，该文基于碳纳米管场效应晶体管（CNT-FET）生物传感器，通过金硫键共价作用在传感界面修饰卡那霉素适配体作为生物识别元件.当卡那霉素与适配体特异性结合时，负电性适配体倾向传感界面，通过静电感应引起CNT中空穴载流子增加，Keithley 4200半导体分析仪记录器件的转移特性曲线或者实时监测源漏电流变化，实现牛奶中卡那霉素检测.该传感器展现出高灵敏度和宽线性检测范围，能够实现样品中1 fmol·L^-1至100 nmol·L^-1浓度范围内的卡那霉素检测，检测限低至0.6 fmol·L^-1.选择性及抗干扰性实验结果表明，该CNT-FET生物传感器对牛奶中胆固醇、乳糖、酪蛋白等主要成分，以及青霉素G、红霉素、氯霉素等结构类似的抗生素响应信号均小于5%,证实其优异选择性.在存在这些干扰物的环境下，该传感器也能够准确检测出卡那霉素，具有良好的抗干扰性能，并且具有良好的实时分析效果，表现出对卡那霉素现场即时检测的潜力.在实际牛奶样本检测中，卡那霉素的加标回收率达99.2%～111%,相对标准偏差为3.4%～4.8%,满足痕量分析要求.该项工作不仅实现了牛奶样品中浓度极低的卡那霉素检测，还显示出检测毒素和激素等其他生物标志物的潜力.

关键词

抗生素 / 碳纳米管 / 场效应晶体管 / 生物传感器 / 检测方法