一種基于復(fù)合鈰摻雜的多孔納米復(fù)合材料的電化學(xué)殺蟲(chóng)脒傳感器的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電化學(xué)殺蟲(chóng)脒傳感器的制備方法。屬于新型納米功能材料與生物傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]殺蟲(chóng)脒是一種農(nóng)藥殺蟲(chóng)劑，在土壤中，殺蟲(chóng)脒可通過(guò)水的淋溶作用而稍向土壤深層迀移。殺蟲(chóng)脒慢性中毒的動(dòng)物可出現(xiàn)體重下降、血細(xì)胞壓積、血紅蛋白和紅細(xì)胞計(jì)數(shù)下降、白細(xì)胞數(shù)增加等，據(jù)1972年的WHO報(bào)道，如果人體長(zhǎng)期接觸殺蟲(chóng)脒會(huì)導(dǎo)致癌變。目前，檢測(cè)殺蟲(chóng)脒的方法主要有色譜法、質(zhì)譜法等。此類(lèi)方法儀器貴重、操作復(fù)雜，化驗(yàn)人員需要專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)后才能進(jìn)行檢測(cè)。因此，研發(fā)成本低、檢測(cè)快、靈敏度高、特異性強(qiáng)的殺蟲(chóng)脒傳感器具有重要意義。電化學(xué)生物傳感器由于其靈敏度高、特異性好、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于臨床診斷、藥物分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。其中尤以無(wú)標(biāo)記電化學(xué)免疫傳感器研究較多，其關(guān)鍵的技術(shù)是提高修飾電極對(duì)抗體的固定量和對(duì)測(cè)試底液的信號(hào)響應(yīng)速度和大小。二氧化鈦是應(yīng)用最為廣泛的一種光催化劑材料，同時(shí)由于生物相容性好，也常被用作電極基質(zhì)材料。由于片狀二氧化鈦納米材料能夠暴露更多的高指數(shù)晶面，具有更高的催化活性，二氧化鈦納米片具有比納米粒子更好地應(yīng)用前景，對(duì)于二氧化鈦納米片的研究也備受關(guān)注。但是，二氧化鈦導(dǎo)電性差也限制了由單一二氧化鈦納米材料構(gòu)建的電化學(xué)傳感器的靈敏度普遍不高，不利于實(shí)際應(yīng)用。在半導(dǎo)體納米材料上修飾或復(fù)合特殊的納米材料，一方面增加了電極比表面積，增強(qiáng)電極導(dǎo)電能力，另一方面二者可以產(chǎn)生協(xié)同催化作用，更大的增強(qiáng)對(duì)過(guò)氧化氫溶液H2O2的催化響應(yīng)速度和電流響應(yīng)信號(hào)大小，大大提高檢測(cè)靈敏度。因此，設(shè)計(jì)、制備高效、穩(wěn)定的二氧化鈦納米片及其修飾物是制備電化學(xué)傳感器的關(guān)鍵技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種制備簡(jiǎn)單、靈敏度高、檢測(cè)快速、特異性強(qiáng)的電化學(xué)殺蟲(chóng)脒傳感器的制備方法，所制備的傳感器，可用于殺蟲(chóng)脒的快速、靈敏檢測(cè)?；诖四康模景l(fā)明首先制備了一種新型二維納米復(fù)合材料--二氧化鈦基多孔納米復(fù)合材料，即氮化碳上原位復(fù)合鋪摻雜的氧化鉬/ 二氧化鈦納米片的二維納米復(fù)合材料Ce-Mo03/Ti02@g_C3N4，利用該材料大的比表面積、介孔高氣體吸附特性和電子傳遞受材料表面氣體變化而影響敏感的諸多特性，負(fù)載上殺蟲(chóng)脒抗體，然后通過(guò)戊二醛的交聯(lián)作用固定辣根過(guò)氧化物酶，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，由于辣根過(guò)氧化物酶可以催化過(guò)氧化氫，產(chǎn)生電化學(xué)信號(hào)，再利用抗體與抗原的特異性定量結(jié)合對(duì)電子傳輸能力的影響，使得電流強(qiáng)度相應(yīng)降低，最終實(shí)現(xiàn)了采用無(wú)標(biāo)記的電化學(xué)方法檢測(cè)殺蟲(chóng)脒的生物傳感器的構(gòu)建。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
1.一種基于復(fù)合鈰摻雜的多孔納米復(fù)合材料的電化學(xué)殺蟲(chóng)脒傳感器的制備方法，所述復(fù)合鈰摻雜的多孔納米復(fù)合材料為氮化碳上原位復(fù)合鈰摻雜的氧化鉬/ 二氧化鈦納米片的二維納米復(fù)合材料Ce-Mo03/Ti02@g-C3N4;所述的電化學(xué)殺蟲(chóng)脒傳感器由工作電極、Ce-Mo03/T12Og-C3N4、殺蟲(chóng)脒抗體、牛血清白蛋白、戊二醛、辣根過(guò)氧化物酶組成；
其特征在于，所述的制備方法包括以下制備步驟:
A.Ce-Mo03/Ti02@g-C3N4的制備;
B.電化學(xué)殺蟲(chóng)脒傳感器的制備；
其中，步驟A制備Ce-Mo03/Ti02@g-C3N4的具體步驟為:
首先，取0.6?1.0 mmol鉬酸鈉和0.8?1.2 mmol鋪鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過(guò)程中，緩慢加入0.5-0.8 mL氫氟酸，160-200 °C下在反應(yīng)釜中反應(yīng)18?24小時(shí)，冷卻至室溫后，用超純水和無(wú)水乙醇離心洗滌三次后，50 0C下真空干燥;其次，取150?250 mg干燥后的固體與400 mg三聚氰胺混合，并研磨成粉末;然后，將研磨的粉末放入馬弗爐中，升溫速度為I?3 °C/min，在480?560 °C下煅燒0.5?5小時(shí);最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得Ce-MoOs/T i 02@g-C3N4 ；
所述的鈰鹽選自下列之一:硫酸鈰、氯化鈰、硝酸鈰；
步驟B制備電化學(xué)殺蟲(chóng)脒傳感器的具體步驟為:
(1)以玻碳電極為工作電極，在電極表面滴涂8?12uL的Ce-MO03/Ti02@g-C3N4溶膠，室溫下晾干；
(2)將步驟(I)中得到的電極用緩沖溶液PBS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂8?12pL 10 μg/mL的殺蟲(chóng)脒抗體溶液，4 0C冰箱中保存晾干；
(3)將步驟(2)中得到的電極用PBS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂8?12pL濃度為100 pg/mL的牛血清白蛋白溶液，4 0C冰箱中保存晾干；
(4)將步驟(3)中得到的電極用I3BS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂2?4pL的戊二醛溶液，40C冰箱中保存晾干；
(5)將步驟(4)中得到的電極用PBS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂6?10pL濃度為SOyg/mL的辣根過(guò)氧化物酶溶液，4 0C冰箱中保存晾干；
(6)將步驟(5)中得到的電極用PBS清洗，在4°C冰箱中保存晾干后，即制得電化學(xué)殺蟲(chóng)脒傳感器；
所述的Ce-MofVT12Og-C3N4溶膠為將50 mg 的Ce-MofVT12Og-C3N4粉末溶于 10 mL超純水中，并超聲30 min后制得的水溶膠；
所述的PBS為10mmol/L的磷酸鹽緩沖溶液，所述的磷酸鹽緩沖溶液的pH值為7.4 ；
所述的戊二醛溶液為體積比為2.5%的戊二醛水溶液。
[0005]2.本發(fā)明所述的制備方法所制備的電化學(xué)殺蟲(chóng)脒傳感器的應(yīng)用，其特征在于，包括如下應(yīng)用步驟:
a.標(biāo)準(zhǔn)溶液配制:配制一組包括空白標(biāo)樣在內(nèi)的不同濃度的殺蟲(chóng)脒標(biāo)準(zhǔn)溶液；
b.工作電極修飾:將如權(quán)利要求1所述的制備方法所制備的電化學(xué)殺蟲(chóng)脒傳感器為工作電極，將步驟a中配制的不同濃度的殺蟲(chóng)脒標(biāo)準(zhǔn)溶液分別滴涂到工作電極表面，4 V冰箱中保存；
c.工作曲線繪制:將飽和甘汞電極電極作為參比電極，鉑絲電極作為對(duì)電極，與步驟b所修飾好的工作電極組成三電極系統(tǒng)，連接電化學(xué)工作站，在電解槽中先后加入15 mL PBS和20 uL 5 mol/L的H2O2;通過(guò)計(jì)時(shí)電流法檢測(cè)組裝的工作電極對(duì)H2O2的響應(yīng)；空白標(biāo)樣的響應(yīng)電流記為1，含有不同濃度的殺蟲(chóng)脒標(biāo)準(zhǔn)溶液的響應(yīng)電流記作I1,響應(yīng)電流降低的差值為Δ I = 10-1i, Δ I與殺蟲(chóng)脒標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度C之間成線性關(guān)系，繪制Δ I —C工作曲線；
d.殺蟲(chóng)脒的檢測(cè):用待測(cè)樣品代替步驟a中的殺蟲(chóng)脒標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照步驟b和c中的方法進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)響應(yīng)光信號(hào)強(qiáng)度降低的差值A(chǔ) I和工作曲線，得到待測(cè)樣品中殺蟲(chóng)脒的含量。
[0006]本發(fā)明的有益成果
(I)本發(fā)明所述的電化學(xué)殺蟲(chóng)脒傳感器制備簡(jiǎn)單，操作方便，實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣品的快速、靈敏、高選擇性檢測(cè)，并且成本低，可應(yīng)用于便攜式檢測(cè)，具有市場(chǎng)發(fā)展前景；(2)本發(fā)明首次制備了新型二維納米材料Ce-Mo03/Ti02@g_C3N4，由于鋪在氧化鉬/二氧化鈦納米片上的原位生長(zhǎng)而充分與二氧化鈦納米片接觸，利用鈰的金屬表面等離子體作用以及氧化鉬和二氧化鈦二者的相互促進(jìn)作用，有效提高了半導(dǎo)體基質(zhì)電子傳遞能力和催化活性，而且鈰對(duì)二氧化氮?dú)怏w地特異性相應(yīng)，解決了二氧化鈦納米片雖然比表面積比較大及介孔高氣體吸附特性適用于二氧化氮?dú)饷艋|(zhì)材料，但是氣敏活性不高及阻抗變化不穩(wěn)定的技術(shù)問(wèn)題；同時(shí)由于氮化碳g_C3N4的良好的導(dǎo)電性，再加上二氧化鈦納米片在其上的充分分散，極大地增大了電子傳遞能力，解決了氣敏基質(zhì)材料阻抗隨氣體變化而快速響應(yīng)的技術(shù)問(wèn)題，因此，該材料的有效制備，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值；(3)本發(fā)明首次將Ce-MO03/Ti02@g-C3N4應(yīng)用于電化學(xué)生物傳感器的制備中，顯著提高了電流信號(hào)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，大大提高了電化學(xué)傳感器的檢測(cè)靈敏度，使得電化學(xué)生物傳感器實(shí)現(xiàn)了在實(shí)際工作中的應(yīng)用；該材料的應(yīng)用，也為相關(guān)生物傳感器，如光電化學(xué)傳感器、電致化學(xué)發(fā)光傳感器等提供了技術(shù)參考，具有廣泛的潛在使用價(jià)值。
【具體實(shí)施方式】
[0007]實(shí)施例1Ce-Mo03/Ti02@g-C3N4 的制備
首先，取0.6 mmol鉬酸鈉和0.8 mmol鋪鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過(guò)程中，緩慢加入0.5 mL氫氟酸，160 °C下在反應(yīng)釜中反應(yīng)24小時(shí)，冷卻至室溫后，用超純水和無(wú)水乙醇離心洗滌三次后，50°C下真空干燥;其次，取150 mg干燥后的固體與400 mg三聚氰胺混合，并研磨成粉末;然后，將研磨的粉末放入馬弗爐中，升溫速度為I °C/min，在480 °C下煅燒5小時(shí);最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得Ce-Mo03/Ti02@g-C3N4;
所述的鋪鹽為硫酸鋪。
[0008]實(shí)施例2Ce-Mo03/Ti02@g-C3N4 的制備
首先，取0.8 mmol鉬酸鈉和1.0 mmol鋪鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過(guò)程中，緩慢加入0.65 mL氫氟酸，180 "€下在反應(yīng)爸中反應(yīng)21小時(shí)，冷卻至室溫后，用超純水和無(wú)水乙醇離心洗滌三次后，50°C下真空干燥;其次，取200 mg干燥后的固體與400 mg三聚氰胺混合，并研磨成粉末;然后，將研磨的粉末放入馬弗爐中，升溫速度為2 °C/min，在520 °(:下煅燒2小時(shí);最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得Ce-Mo03/Ti02@g-C3N4;
所述的鈰鹽為氯化鈰。
[0009]實(shí)施例3Ce-Mo03/Ti02@g-C3N4 的制備
首先，取1.0 mmol鉬酸鈉和1.2 mmol鋪鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過(guò)程中，緩慢加入0.8 mL氫氟酸，200 "€下在反應(yīng)爸中反應(yīng)18小時(shí)，冷卻至室溫后，用超純水和無(wú)水乙醇離心洗滌三次后，50°C下真空干燥;其次，取250 mg干燥后的固體與400 mg三聚氰胺混合，并研磨成粉末;然后，將研磨的粉末放入馬弗爐中，升溫速度為3 °C/min，在560°C下煅燒0.5小時(shí)；最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得Ce-Mo03/Ti02@g-C3N4;
所述的鋪鹽為硝酸鋪。
[0010]實(shí)施例4電化學(xué)殺蟲(chóng)脒傳感器的制備方法
(1)將寬為ICm、長(zhǎng)為4 Cm的玻碳電極作為工作電極，在電極表面滴涂8 yL的Ce-Mo03/Ti02@g-C3N4溶膠，室溫下晾干；
(2)將步驟(I)中得到的電極用緩沖溶液PBS清洗