一種基于陣列式傳感器的農藥多殘留檢測方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于陣列傳感器的農藥多殘留檢測方法，該陣列式傳感器由一個圓形的電極盤組成，中心位置有對電極和參比電極，外圍是工作電極，測試液中測定的是工作電極與對電極之間的阻抗值。該陣列式傳感器工作電極使用石墨烯-多壁碳-納米金膠-殼聚糖納米復合物電極后，將各類農藥抗體固定在相應的工作電極表面，與實際的樣品接觸后，根據各個傳感器阻抗值的變化來確定是否有農藥超標，并確定農藥的種類。本發明的農藥殘留檢測方法可配合農藥殘留快速檢測儀使用，實現農藥多殘留在線快速檢測，具有實用性強、攜帶方便、檢測精度高、檢測快速準確、易操作等特點，非常適合對農藥殘留進行現場快速檢測的場合。
【專利說明】一種基于陣列式傳感器的農藥多殘留檢測方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種農藥多殘留檢測儀，尤其涉及一種基于陣列式傳感器的農藥殘留檢測儀，其融合了生物傳感器檢測技術和嵌入式系統設計方法，用于方便、迅速、準確的檢測農產品中含有何種農藥殘留及是否超標。屬于農產品安全檢測【技術領域】。
【背景技術】
[0002]現在生產領域中應用的農藥種類已經達到100多種，對農業保持豐收增產起到了很大的作用，其已成為重要的一種生產資料。伴隨著改革開放的深入進行，在一些常熟地區，農藥事業的發展速度變得很快。因農業機械化正在不斷推進，農藥的大面積使用是不可缺少的。但因農藥的不合理的使用，造成了諸多的環境問題，如農田生態系統被破壞等。農藥的大量使用，在保證了糧食等農作物大量穩產的同時，也帶來了諸多的環境問題。在植物、土壤和水體中殘留的農藥有兩種殘存的形式:第一種保持原有的化學結構；第二種以化學轉化后的產物或被生物降解產物的形式殘存。因此，農藥殘留問題不容忽視。
[0003]目前農藥殘留分析的主要方法是氣相色譜儀、液相色譜儀、氣質聯用儀、液質聯用儀等，這些方法雖然分析精度高，定量準確，但其樣品的前處理復雜、檢測耗時長、成本高、需要技術熟練的操作人員。我國農藥殘留的速測方法是酶抑制試紙法和酶抑制分光光度法(農殘快速檢測儀)，可以實現有機磷農藥及氨基甲酸酯類農藥的現場快速檢測，具有較好的實用價值。速測卡是通過肉眼觀察卡片的顏色變化，因此一般只能用于嚴重超標的蔬菜樣品進行定性測量。酶抑制分光光度法的應用也比較廣泛，國內已有多種農藥殘留速測儀均是基于此原理。分光光法的原理是基于吸光度的變化進行檢測的，但蔬菜水果中大量的色素會對分光光度法造成很大的影響，導致檢測結果的不準確。并且上述方法存在回收率低、錯檢、漏檢比例較高 、重復性差、難以滿足低殘留和定量檢測的要求等缺點。
[0004]發明的目的在于針對現有技術的不足，設計提供一種基于陣列式傳感器的農藥殘留檢測儀，具有攜帶方便、檢測快速準確、操作簡單、可實現農藥多殘留同時檢測等特點。
[0005]所述的一種基于陣列式傳感器的農藥殘留檢測儀其檢測原理為:利用抗體與農藥之間的特異性免疫反應，以抗體作為識別元件，采用固定化技術在工作電極表面固定不同種類的農藥抗體，通過模擬多路開關使陣列式傳感器中的一個工作電極與共用的參比電極和對電極接通。通過傳感器在測試底液中導致的阻抗變化來確定樣品中含有何種農藥，并根據不同農藥產生阻抗變化的標準曲線，確定樣品中的農藥的含量。
[0006]為達到以上目的，陣列式傳感器采取以下技術方案實現:由一個圓形的電極盤組成，中心位置有對電極和參比電極，外圍是工作電極，以確保對電極、參比電極與各工作電極的距離相等，使各個工作電極與對電極之間的有相等的阻抗值。在工作電極與參比電極之間加300毫伏的工作電壓，測試液中測定的是工作電極與對電極之間的阻抗值。使用模擬多路開關確定哪一路工作電極接通。
[0007]為了實現上述目的，本發明提供的一種基于陣列式傳感器的農藥多殘留檢測方法，工作電極使用納米材料進行修飾以保證抗體更好的固定到工作電極表面。陣列式電極的修飾采取以下技術方案實現:電極采用2 μ L石墨烯-多壁碳-納米金膠-殼聚糖納米復合物滴涂到各工作電極表面。石墨烯-多壁碳-納米金膠-殼聚糖納米復合物制備方法如下:將0.5g殼聚糖溶于IOOmL 1.0%的醋酸溶液中，室溫下攪拌3h，配成0.5%CS溶液，室溫下磁力攪拌Ih,使殼聚糖完全溶解；稱取4.0mg石墨烯和4.0mg多壁碳納米管加入10.0mL上述得到的殼聚糖溶液中，在室溫下超聲分散，直至得到穩定的黑色分散液(石墨烯-多壁碳-殼聚糖納米復合材料)；再將制備好的10.0mL的納米金膠加入已混合好的上述溶液中，再在室溫下超聲分散12h至完全溶解，得到石墨烯-多壁碳-納米金膠-殼聚糖納米復合物。
[0008]為了實現上述目的，本發明提供的一種基于陣列式傳感器的農藥多殘留檢測方法，陣列式工作電極上抗體的固定方法采取以下技術方案實現:(I)在修飾好的工作電極表面滴涂2 μ L濃度為100 μ g/mL蛋白A，然后用pH7.5的磷酸鹽緩沖液沖洗，氮氣吹干；(2)滴涂2 μ L濃度為10 μ g/mL農藥抗體，4°C孵育12h ; (3)將上述制備好的電極最后浸入2.5%的BSA溶液中室溫下靜置lh，以封閉電極上非特異性結合位點，室溫下晾干，免疫傳感器制作完成，保存在4 C條件下備用。
[0009]本發明的一種基于陣列式傳感器的農藥多殘留檢測方法，具體檢測過程如下:在使用前將陣列式傳感器工作電極表面使用納米材料進行化學修飾，提高傳感器檢測的靈敏度，之后在陣列式免疫傳感器工作電極表面分別固定不同種類的農藥抗體。然后將陣列式免疫傳感器放入冰箱中，4° C下保存備用。使用時打開農藥多殘留檢測儀的電源開關，將陣列式傳感器放入測試底液中測量初始阻抗值Al，并保存。將免疫傳感器放入事先處理好的樣品液中孵化10分鐘，再將傳感器連接至檢測儀進行阻抗測量，獲取第二次測量的阻抗值A2，微控制器將其送至顯示屏顯示。計算出變化率，變化率計算公式如下:
變化率=|A1-A2|/A1
如果樣品液中含有農藥，則含相應農藥的工作電極發生特異性免疫反應，導致反應后的相應傳感器阻抗值明顯增大。Al與A2的差值越大，表明檢測溶液中的含有某種農藥殘留的濃度越高。對比標準曲線得到樣品中農藥殘留的濃度，可以獲得實際樣品中含有何種農藥殘留，及是否超標等信息。
[0010]本發明提供的一種基于陣列式傳感器的農藥多殘留檢測方法應用到農產品中的農藥殘留快速檢測領域，可以為檢測人員帶來極大的便利，能夠充分滿足農藥殘留現場快速檢測的要求，可實現農藥多殘留在線快速檢測。
【具體實施方式】
[0011]所述的陣列式傳感器由一個圓形的電極盤組成，中心位置有對電極和參比電極，外圍是工作電極，以確保對電極、參比電極與各工作電極的距離相等，使各個工作電極與對電極之間的有相等的阻抗值。在工作電極與參比電極之間加300毫伏的工作電壓，測試液中測定的是工作電極與對電極之間的阻抗值。使用模擬多路開關確定哪一路工作電極接通。
[0012]陣列式傳感器工作電極的修飾與抗體的固定方法如下:(I)金電極的清洗:金電極修飾前，首先浸入“Piranha”溶液(H2O2與濃H2SO4體積比1: 3)中浸泡15min，用水清洗干凈，接下來用0.3ym、30nm的Al2O3漿在麂皮上拋光至鏡面，拋光后用去離子水洗去除表面污物，再移入超聲水浴中清洗，每次5min,重復二次,然后依次用6mol/L的HNO3、無水乙醇和去離子水超聲清洗，氮氣環境下干燥。(2)石墨烯-多壁碳-納米金膠-殼聚糖納米復合物的制備:將0.5g殼聚糖溶于IOOmL 1.0%的醋酸溶液中，室溫下攪拌3h，配成0.5% CS溶液，室溫下磁力攪拌lh，使殼聚糖完全溶解；稱取4.0mg石墨烯和4.0mg多壁碳納米管加A 10.0mL上述得到的殼聚糖溶液中，在室溫下超聲分散，直至得到穩定的黑色分散液(石墨烯-多壁碳-殼聚糖納米復合材料)；再將制備好的10.0mL的納米金膠加入已混合好的上述溶液中，再在室溫下超聲分散12h至完全溶解，最終得到了石墨烯-多壁碳-納米金膠-殼聚糖納米復合物。(3)金電極的活化:徹底清洗后，電極在0.5mol/LH2S04溶液中用循環伏安法活化，掃描范圍1.0V?-1.0V，反復掃描直至達到穩定的循環伏安圖為止。(4)將2 ii L石墨烯-多壁碳-納米金膠-殼聚糖納米復合物修飾到清洗好的裸金電極修飾上，烘干；(5)修飾2 ii L ii g/mL蛋白A，然后用PH=7.5的PBS緩沖液沖洗，氮氣吹干；(6)修飾2uL IOii g/mL毒死蜱抗體，4 °C孵育12h ； (7)將上述制備好的電極最后浸入2.5%的BSA溶液中室溫下靜置lh，以封閉電極上非特異性結合位點，室溫下晾干，免疫傳感器制作完成，保存在4°C條件下備用。
[0013]本發明的一種基于陣列式傳感器的農藥多殘留檢測方法，具體檢測過程如下:在使用前將陣列式傳感器工作電極表面使用納米材料進行化學修飾，提高傳感器檢測的靈敏度，之后在陣列式免疫傳感器工作電極表面分別固定不同種類的農藥抗體。然后將陣列式免疫傳感器放入冰箱中，4° C下保存備用。使用時打開農藥多殘留檢測儀的電源開關，將陣列式傳感器放入測試底液中測量初始阻抗值Al，并保存。將免疫傳感器放入事先處理好的樣品液中孵化10分鐘，再將傳感器連接至檢測儀進行阻抗測量，獲取第二次測量的阻抗值A2，微控制器將其送至顯示屏顯示。計算出變化率，變化率計算公式如下:
變化率=|A1-A2|/A1
如果樣品液中含有農藥，則含相應農藥的工作電極發生特異性免疫反應，導致反應后的相應傳感器阻抗值明顯增大。Al與A2的差值越大，表明檢測溶液中的含有某種農藥殘留的濃度越高。對比標準曲線得到樣品中農藥殘留的濃度，可以獲得實際樣品中含有何種農藥殘留，及是否超標等信息。
[0014]本發明的一種基于陣列式傳感器的農藥多殘留檢測方法操作工藝簡單，檢測時間較短，可實現農藥多殘留的定性定量測量，具有靈敏度高，穩定性好、重現性好等優點，符合我國農藥殘留快速檢測技術發展和國際化要求。
【權利要求】
1.一種基于陣列式傳感器的農藥多殘留檢測方法，其特征所述的陣列式傳感器，由一個圓形的電極盤組成，中心位置有對電極和參比電極，外圍是工作電極，以確保對電極、參比電極與各工作電極的距離相等，使各個工作電極與對電極之間的有相等的阻抗值；測試底液中測定的是工作電極與對電極之間的阻抗值；在用納米復合材料修飾的工作電極表面固定不同種類的農藥抗體，通過傳感器在測試底液中導致的阻抗變化來確定樣品中含有何種農藥，并根據不同農藥產生阻抗變化的標準曲線，確定樣品中的農藥殘留的含量。
2.根據權利要求1所述的一種基于陣列式傳感器的農藥多殘留檢測方法，陣列式傳感器工作電極采用2 μ L石墨烯-多壁碳-納米金膠-殼聚糖納米復合物滴涂到各工作電極表面；石墨烯-多壁碳-納米金膠-殼聚糖納米復合物制備方法如下:將0.5g殼聚糖溶于IOOmL 1.0%的醋酸溶液中，室溫下攪拌3h，配成0.5%CS溶液，室溫下磁力攪拌lh，使殼聚糖完全溶解；稱取4.0mg石墨烯和4.0mg多壁碳納米管加入10.0mL上述得到的殼聚糖溶液中，在室溫下超聲分散，直至得到穩定的黑色分散液(石墨烯-多壁碳-殼聚糖納米復合材料)；再將制備好的10.0mL的納米金膠加入已混合好的上述溶液中，再在室溫下超聲分散12h至完全溶解，得到石墨烯-多壁碳-納米金膠-殼聚糖納米復合物。
3.根據權利要求1所述的一種基于陣列式傳感器的農藥多殘留檢測方法，其特征在于其特征在于所述的陣列式傳感器的抗體固定方法如下:(I)在修飾好的工作電極表面滴涂2 μ L濃度為100 μ g/mL蛋白A，然后用pH7.5的磷酸鹽緩沖液沖洗，氮氣吹干；(2)滴涂.2 μ L濃度為10 μ g/mL農藥抗體，4°C孵育12h ; (3)將上述制備好的電極最后浸入2.5%的BSA溶液中室溫下靜置lh，以封閉電極上非特異性結合位點，室溫下晾干，免疫傳感器制作完成，保存在4 C條件下備用。
【文檔編號】G01N27/02GK103592337SQ201310577390
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月19日 優先權日:2013年11月19日
【發明者】孫霞, 郭業民, 王相友, 劉君峰, 陳棟菲 申請人:山東理工大學