生物技术论文生物技术课程论文 检测 PCR 生物技术课程论文 检测 PCR.doc
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1、天津理工大学现代生命科学与生物技术论文学院: 自动化学院 姓名: 满德虎 专业: 检测技术与自动化装置 学号: 103120311 指导教师: 黄磊 现代生物技术在环境检测中的应用满德虎天津理工大学自动化学院,检测技术与自动化装置,103120311摘要 介绍6种应用于环境检测的现代生物技术类型和技术原理。主要包括生物酶技术,金标免疫速测技术,P C R 技术,生物发光检测技术。生物芯片技术和生物传感器。综述了国内外相关研究的进展。分析及探讨了这些技术的优点和存在的缺乏。现代生物技术 应用于环境检测 具有简单,快速,灵敏原位,高通量的特点。有着诱人的应用前景。对环境保护具有深远的意义。 关键词
2、:环境检测; 现代生物技术; 分析化学1 引言 随着生命科学、环境、新材料等科学的开展,生物学、信息科学、计算机技术的引入, 环境污染分析手段 进入了一个新的开展阶段。分析研究对象越来越多地 选择了 DNA、 蛋白质、手性药物和环境毒物等与生命 活动相关的物质。 分析研究体系由简单转向复杂,分析研究层次进入了单细胞、单分子水平和立体构象,隶属于分析化学的环境检测与整个分析化学 的开展 趋势相一致。生物测定技术以其简单、 快速、灵敏 、特异性强、样品量少等优势而得到迅速开展, 应用生物 酶技术、免疫技术、P CR技术、生物荧光标记技术、芯片技术 、生物传感器等现代生物技术进行环境检测, 已经成为
3、国内外科学工作者研究的热点。 本文介绍了6种现代生物技术在环境检测中的应用。 2 生物酶技术 2 .1 生物酶抑制技术 生物酶抑制技术是利用环境污染物,如农药、重金属等在体外对特定酶具有抑制作用的原理,参加该酶催化的底物( 显色剂 ) ,显色剂是否显色以及显色程 度反响了酶是否受抑制以及抑制的程度,以此来判断检测环境污染物是否存在以及含量的多少。目前,国内外开发了建立在显色反响根底上的酶片、 酶标签等速测产品, 酶片便携、 易操作的优点,使其成为较好的农药在线检测技术 。美国堪萨斯一研 究 所 开 发 出一 种 称 为 农 药 检 测 器 的 “酶 标 签 ( Eng yme Ti e he
4、t ) , 这种酶标签对乙酰胆碱酯酶 ( Ac h E) 的抑制灵敏,可用于测定水中有机磷和氨基 甲酸酯类农药,检测限为 0 1 1 0 mgk g 。中国台湾农 业试验所郑允博士利用敏感的家蝇脑 Ac h E建立生 化法( 即酶法 ) , 并研制出与此法相匹配的专用分光光度计、专用软件,用于测定蔬菜中的有机磷等剧毒农 药, 灵敏度为 mg k g级。近来,上海交通大学、上海昆虫研究所研制出简易、快速检测有机磷农药的酶片和生色基质片,灵敏度为 0 11 0 mg k g 。重金属对土壤酶( 脲酶 、 H: O:酶 、转化酶) 的活性 有一定的影响, 利用土壤酶对重金属的敏感性, 以酶 的各项
5、指标作为 重金属 的污染指数 是可行 的。 S i l 1 a n p 等报道了利用重金属与 E DT A或 DTP A 络合后对荧光酶的抑制作用,以荧光菌放射荧光强度大小检测土壤中的重金属。随着酶源的开发新的酶源取材方便、制备容易廉价。基于酶抑制技术及其反响原理而开展起来的 固定化酶快速检测技术、生物传感器快速检测技术 、酶联免疫检测技术等也取得了飞速的开展。其中酶 固化技术不断提高,国际专利 Wo9221779是一项采 用固定化 乙酰胆碱酯酶对农药残留快速测定的新技 术, 通过把酶固定在一种特殊的、 不会和其活性部位发生反响的载体上面,不仅可以排除杂质对酶活性的影响,使灵敏度提高 l 0
6、0倍 以上,而且还增加了酶的稳定性 。 2 2 酶免疫测定技术 酶免疫测定技术是生物酶技术 、免疫技术应用于 环境检测领域的一门新技术, 主要依据抗原和抗体之间的特异性反响来进行以环境污染物作为抗原,免疫动物获得特异性抗体,该抗体与抗原在动物体外也可以进行特异性的反响,引入一种酶作为示踪物,常用辣根过氧化物酶等 以揭示微量抗原与抗体的免疫学反响进行情况。其中酶联免疫吸附测定技术( E L I S A) 使用最广泛,它将具 高度特异性的抗原抗体反响结合酶对底物的高度催 化效应, 对受检样品中的酶标免疫反响的实验结果采 用现代光学分析仪器进行光度测定。 在 EL I S A检测 过程中, 酶催化具
7、有高度的放大作用, 许多种酶分子 每分钟能催化生成 l 0 分子以上的产物, 使测定更为 灵敏 、准确,检测极限达 0 0 l0 1 mg k g。目前,国内外已报道 了杀虫剂、杀菌剂 、除草剂等农药以及多氯联苯 、 抗菌素等污染物的酶联免疫分析方法,其中用于现场快速分析的酶联免疫试剂盒已商品化 。 Br u mme l 报道了一种光纤传感器, 该传感器以竞争性免疫为理论根底, 以荧光酶作底物, 对环戊二烯类杀虫剂的检测极限达 g k g级; Ha r r i s 介绍了抗体与大分子蛋白或微小的有机配体相络合用于对环境 中化装品、食物中有机污染的检测 。将 E LI S A应用于对特定微生物的
8、跟踪检测和菌种的鉴定和量化, 其灵敏性可与 PC R技术相比,免疫荧光技术与激光共聚焦扫描相结合特别适用于对复 合的环境样品的检测。Hammock等报道了以竞 争性免疫技术和非竞争性免疫技术, 通过酶的级联放 大检测环境中高毒重金属汞、 铅、镉、生物污染物和其 他有害分子, 检测极限达 p gk g级或 n gk g级。 此外,上海交通大学以竞争性免疫为理论根底, 开发研制了 呋喃丹酶联免疫试剂盒用于检测蔬菜中的呋喃丹残留,此技术具有快速灵敏 、特异性强和适于现场大量 样品分析等优点。3 金标免疫速测技术 速测试纸条技术是 2 0世纪 9 0年代以来在单克 隆技术、 胶体金免疫层析技术和新材料
9、根底上开展起 来的一项新型速测技术。 将特异性的抗原( 或抗体 ) 以 条带状固定于硝酸纤维素膜, 将胶体金标记试剂吸附到结合垫上, 当待测样品加到试纸条一端的样品垫 后, 通过毛细作用向前移动, 溶解 固化在结合垫上的 胶体金标记试剂后相互反响, 再移动至固定 的抗原 ( 或抗体 ) 的区域时, 待测物和金标试剂的复合物又与 之发生特异性结合而被截留, 聚集在检测带上, 通过 可 目测的胶体金标记物得到直观的显色结果。目前, 该技术在医学检测和毒品检测中已得到广 泛应用 。 美国泛普公司毒 品类金标一步法快速检 测试条, 检测极限为 2 0 0 n g mL。 国内报道了将该技术 应用于对环
10、境中饲料添加剂残留、 牛奶中抗生素残留 进行检测的有关研究。 上海交通大学已将该技术成功 应用于农药的快速检测, 以竞争性免疫为理论根底, 用胶体金标记特异性抗体并固化在玻璃纤维上, 样品 中的农药与固化在硝酸纤维素膜上的抗原与胶体金 标记抗体竞争性的结合, 以固化抗原的检测点是否显 色及显色的深浅来判断是否有农药及农药的含量。 该 方法具有特异性强、 交叉反响极少、 稳定性高、 批内及 批问差异小、 结果判断明确 、 检测时间快的优点, 用于 环境检测, 其准确性和特异性与 EL I S A方法相同, 灵 敏度稍低,检测极限为 0 0l0 2 5 mg k g 。 但以胶体金 作为标记物代替
11、酶, 降低了对温度的依赖性, 且操作 简便、 本钱低廉, 特别适合对环境污染物的在线检测。4 PCR技术 P C R技术( P o l y me r a s e C h a i n Re a c t i o n ) 即聚合 酶链式反响, 是在体外合成特异性 DNA片段的方法。 PCR技术的应用提高了在分子水平上分析 DNA 突 变的速度, 一般说来应用 P CR技术检测环境 中的生 物污染( 病原菌、 病毒及其他一些有害生物 ) ,主要包括模板核酸的提取, P CR扩增靶序列, PC R扩增产 物的检测与分析。 Ni e d r h a u s e r 利用 P CR技术检测 了食品中易导致人
12、类脑膜炎的单核细胞生利斯特氏 菌,分析只需几个小时便可完成,大大缩短了分析周 期( 传统方法需 l 0 d) 。Ll o p等 利用 P CR技术检测 了植物中致病菌, 该方法与苯酚一氯仿标准检测方法 相 比更加灵敏, 对穗状 花序样品中致病菌的检 出达 l 0 一1 0 c f u mL。 P CR技术的高灵敏度和专一性可用 于检测大量平行的样品,藉由 P CR和其他的方 法相结合扩增特定的基因序列,用于检测环境中有传 染性的寄生性孢菌 ; 不仅如此, P CR技术还可以跟 踪检测环境 中基因工程菌株, 测定基因表达和根据基 因序列的诊断来检测环境中的特异性种群。随着 P C R技术不断开展
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