本發明屬于生物傳感器,具體涉及一種基于金屬團簇復合材料的電化學傳感器的制備方法及應用。
背景技術:
1、丙溴磷作為一種典型的有機磷農藥廣泛應用在現代農業生產中。它是一種不對稱有機磷殺蟲劑,具有觸殺和胃毒作用,殺蟲譜廣,藥效持久,能夠防治棉花、蔬菜、果樹等作物的有害昆蟲和螨類。然而,有機磷農藥的廣泛使用導致的農藥殘留問題不僅嚴重污染生態環境,還會嚴重危害人類健康,例如,毒性較大的丙溴磷易被人體吸收后,不僅嚴重損害重要的臟器,如肝臟和腎臟,還可能引起癲癇、中毒性休克等。損傷中樞神經系統、胃腸道穿孔或出血、呼吸衰竭、損傷肝臟和腎臟等;最終危害人類的健康。因此,為了環境監測和治理以及食品安全,有必要對環境和農產品中的農藥殘留進行精準的檢測分析。
2、目前,傳統檢測方式主要包括氣相色譜法、高效液相色譜法和比色法。氣相色譜法應用廣泛,但不適用于檢測穩定性差、難揮發的物質;高效液相色譜適用于復雜樣品的檢測,但成本較高,易產生污染;比色法操作簡單,但對被檢測物質的吸光性質有所要求。
3、與傳統檢測方法相比,電化學檢測法更靈敏,檢測更方便。利用構建的電化學生物傳感器檢測丙溴磷對酶促反應的抑制率,可以更快速、高效分析出樣品中丙溴磷的殘留量。目前,電化學生物傳感器的電極修飾材料主要包括碳材料載體和金屬納米材料,常用的碳材料為石墨烯,金屬納米材料為金屬納米粒子,但在響應靈敏度上仍然有一定的不足。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種基于金屬團簇復合材料的電化學傳感器,以解決上述背景技術中提出的問題。
2、為實現上述目的,本發明提供如下技術方案:
3、一種基于金屬團簇復合材料的電化學傳感器,電化學傳感器包括玻碳電極、金屬團簇@石墨烯、白蕓豆酯酶-殼聚糖和nafion膜。
4、一種基于金屬團簇復合材料的電化學傳感器的制備方法,包括以下步驟:
5、s1、合成金屬團簇:稱取摩爾數為0.1~10mmol的金屬前體和表面活性劑,加入5~500ml的有機溶劑中充分攪拌混合,得紅棕色溶液;取金屬前體摩爾數1~10倍的有機配體,加入上述溶液中,充分攪拌,使其完全混合反應;反應液置于冰水中,然后取0.1~2mol/l的硼氫化鈉(nabh4)溶液,加入溶液中,冰浴下繼續攪拌2~12小時。反應終止后,混合溶液蒸發濃縮后,依次使用大量冰水、有機溶劑洗滌2-3次,所得產物經有機溶劑萃取后,進行單晶生長獲取純凈au25團簇;
6、s2、制備電極復合材料:將石墨烯與有機溶劑超聲分散均勻,將新配制的金屬團簇溶液加入其中,再次超聲處理,即可得到au25@g溶液。將白蕓豆粉末加入超純水中攪拌均勻,之后將其放入冰箱中浸提,冰箱中設置溫度為4℃,離心處理后吸取上清液可得粗酶液(kbe),加入殼聚糖(cs)搖勻,得到kbe-cs溶液;
7、s3、構建nf/kbe-cs/au25@g/gce電化學生物傳感器:將au25@g復合溶液、kbe-cs溶液、nafion溶液(nf)依次滴涂在潔凈的裸電極(gce)上,修飾完畢后用紅外燈烤干,之后用超純水淋洗,洗耳球吹干,即可得到nf/kbe-cs/au25@g/gce電化學生物傳感器。
8、優選的,所述的s1中金屬前體包括且不限于氯金酸、三苯基膦氯化金。
9、優選的,所述s1中表面活性劑包括且不限于四辛基溴化銨、四丁基氯化銨或十八烷基三甲基氯化銨。
10、優選的,所述s1和s2中所述的有機溶劑包括且不限于甲醇、乙醇、乙腈、二氯甲烷、甲苯、丙酮、四氫呋喃、異丙醇、正丁醇、n、n-二甲基甲酰胺。
11、優選的,所述s1中萃取采用的有機溶劑為甲苯與甲醇的混合液,甲苯與甲醇的比例包括且不限于1/30、1/15、1/10、1/6、1/3、1/2。
12、優選的,所述s1中的有機配體包括且不限于苯乙硫醇、4-甲基苯硫酚、2,4-二甲基苯硫酚、4-叔丁基苯硫酚、環己硫醇、芐硫醇。
13、優選的,所述s1中所述的nabh4溶液的溶劑包括不限于水、甲醇、乙醇、乙腈、二氯甲烷、甲苯、丙酮、四氫呋喃、異丙醇、正丁醇。
14、一種基于金屬團簇復合材料的電化學傳感器的制備方法制備的nf/kbe-cs/au25@g/gce生物電化學傳感器應用于丙溴磷的檢測。
15、與現有技術相比,本發明的有益效果是:
16、本發明構建了nf/kbe-cs/au25@g/gce新型電化學傳感器,其中傳感器的核心組成為au25@g,制備方法包括金屬團簇的尺寸聚集合成,金屬團簇與碳材料復合,酶與殼聚糖復合以及逐層組裝電化學生物傳感器電極過程。該團簇金原子和有機配體組成,金原子數為25,具有精確和穩定的三維結構。同時金屬團簇和石墨烯復合材料具有良好的導電性和協同電催化效應,可以有效促進電子傳遞,提高本發明傳感器的響應靈敏度,實現對丙溴磷殘留量的高效檢測。
17、同時本發明以白蕓豆酯酶作為酶源,采用酶抑制法檢測丙溴磷含量,并將其應用于實際樣品檢驗,nf/kbe-cs/au25@g/gce在測試中具有良好的重復性、穩定性和抗干擾性,當在au25@g負載量為5μl、pbs緩沖溶液的ph為7.0、丙溴磷的抑制時間為15min的最佳實驗條件下,電化學生物傳感器檢測丙溴磷的線性范圍為1~2000μg/l,線性方程為y=19.8626lgc+13.3459,相關系數r2=0.97316。本發明的電化學生物傳感器展現出卓越的響應靈敏度,預示著其在實際應用中具有廣闊前景。
1.一種基于金屬團簇復合材料的電化學傳感器,其特征在于:電化學傳感器由玻碳電極、金屬團簇@石墨烯、白蕓豆酯酶-殼聚糖和nafion膜組成。
2.一種基于金屬團簇復合材料的電化學傳感器的制備方法,其特征在于:包括以下步驟:
3.根據權利要求1所述的一種基于金屬團簇復合材料的電化學傳感器的制備方法,其特征在于:所述的s1中金屬前體包括且不限于氯金酸、三苯基膦氯化金。
4.根據權利要求1所述的一種基于金屬團簇復合材料的電化學傳感器的制備方法,其特征在于:所述s1中表面活性劑包括且不限于四辛基溴化銨、四丁基氯化銨或十八烷基三甲基氯化銨。
5.根據權利要求1所述的一種基于金屬團簇復合材料的電化學傳感器的制備方法,其特征在于:所述s1和s2中所述的有機溶劑包括且不限于甲醇、乙醇、乙腈、二氯甲烷、甲苯、丙酮、四氫呋喃、異丙醇、正丁醇、n、n-二甲基甲酰胺。
6.根據權利要求1所述的一種基于金屬團簇復合材料的電化學傳感器的制備方法,其特征在于:所述s1中萃取采用的有機溶劑為甲苯與甲醇混合液,甲苯與甲醇的比例包括且不限于1/30、1/15、1/10、1/6、1/3、1/2。
7.根據權利要求1所述的一種基于金屬團簇復合材料的電化學傳感器的制備方法,其特征在于:所述s1中的有機配體包括且不限于苯乙硫醇、4-甲基苯硫酚、2,4-二甲基苯硫酚、4-叔丁基苯硫酚、環己硫醇、芐硫醇。
8.根據權利要求1所述的一種基于金屬團簇復合材料的電化學傳感器的制備方法,其特征在于:所述s1中所述的nabh4溶液的溶劑包括切不限于水、甲醇、乙醇、乙腈、二氯甲烷、甲苯、丙酮、四氫呋喃、異丙醇、正丁醇。
9.根據權利要求2所述的一種基于金屬團簇復合材料的電化學傳感器的制備方法制備的nf/kbe-cs/au25@g/gce生物電化學傳感器應用于丙溴磷的檢測。