一種基于錳摻雜二維納米復合材料的電化學殺蟲脒傳感器的制備方法及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電化學殺蟲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領域。
【背景技術】
[0002]殺蟲脒是一種農藥殺蟲劑，在土壤中，殺蟲脒可通過水的淋溶作用而稍向土壤深層迀移。殺蟲脒慢性中毒的動物可出現體重下降、血細胞壓積、血紅蛋白和紅細胞計數下降、白細胞數增加等，據1972年的WHO報道，如果人體長期接觸殺蟲脒會導致癌變。
[0003]目前，檢測殺蟲脒的方法主要有色譜法、質譜法等。此類方法儀器貴重、操作復雜，化驗人員需要專業培訓后才能進行檢測。因此，研發成本低、檢測快、靈敏度高、特異性強的殺蟲脒傳感器具有重要意義。
[0004]電化學生物傳感器由于其靈敏度高、特異性好、操作簡便等優點被廣泛應用于臨床診斷、藥物分析、環境監測等領域。其中尤以無標記電化學免疫傳感器研究較多，其關鍵的技術是提高修飾電極對抗體的固定量和對測試底液的信號響應速度和大小。二氧化鈦是應用最為廣泛的一種光催化劑材料，同時由于生物相容性好，也常被用作電極基質材料。由于片狀二氧化鈦納米材料能夠暴露更多的高指數晶面，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用前景，對于二氧化鈦納米片的研究也備受關注。但是，二氧化鈦導電性差也限制了由單一二氧化鈦納米材料構建的電化學傳感器的靈敏度普遍不高，不利于實際應用。在半導體納米材料上修飾或復合特殊的納米材料，一方面增加了電極比表面積，增強電極導電能力，另一方面二者可以產生協同催化作用，更大的增強對過氧化氫溶液H2O2的催化響應速度和電流響應信號大小，大大提高檢測靈敏度。因此，設計、制備高效、穩定的二氧化鈦納米片及其修飾物是制備電化學傳感器的關鍵技術。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種制備簡單、靈敏度高、檢測快速、特異性強的電化學殺蟲脒傳感器的制備方法，所制備的傳感器，可用于殺蟲脒的快速、靈敏檢測。基于此目的，本發明首先制備了一種新型二維納米材料，即氮化碳上原位復合錳摻雜的氧化鉬/ 二氧化鈦納米片的二維納米復合材料Mn-MO03/Ti02@g-C3N4，利用該材料的良好的生物相容性和大的比表面積，負載上殺蟲脒抗體，然后通過戊二醛的交聯作用固定辣根過氧化物酶，在進行檢測時，由于辣根過氧化物酶可以催化過氧化氫，產生電化學信號，再利用抗體與抗原的特異性定量結合對電子傳輸能力的影響，使得電流強度相應降低，最終實現了采用無標記的電化學方法檢測殺蟲脒的生物傳感器的構建。
[0006]本發明采用的技術方案如下:
1.一種基于錳摻雜二維納米復合材料的電化學殺蟲脒傳感器的制備方法，所述的錳摻雜二維納米復合材料為氮化碳上原位復合錳摻雜的氧化鉬/二氧化鈦納米片的二維納米復合材料Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4;所述的電化學殺蟲脒傳感器由工作電極、Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4、殺蟲脒抗體、牛血清白蛋白、戊二醛、辣根過氧化物酶組成；
其特征在于，所述的制備方法包括以下制備步驟:
a.Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4的制備;
b.電化學殺蟲脒傳感器的制備；
其中，步驟a制備Mn-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猛鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過程中，緩慢加入0.5-0.8 mL氫氟酸，160-200 °C下在反應釜中反應18?24小時，冷卻至室溫后，用超純水和無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;最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得Μη-ΜοΟβ/T i 02@g-C3N4 ；
所述的錳鹽選自下列之一:硫酸錳、氯化錳、硝酸錳；
步驟b制備電化學殺蟲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Mn-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，繼續在電極表面滴涂8?12pL 10 μg/mL的殺蟲脒抗體溶液，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，繼續在電極表面滴涂6?10pL濃度為SOyg/mL的辣根過氧化物酶溶液，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，即制得電化學殺蟲脒傳感器；
所述的Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4溶液為將50 mg 的Mn-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。
[0007]2.本發明所述的制備方法所制備的電化學殺蟲脒傳感器的應用，其特征在于，包括如下應用步驟:
a.標準溶液配制:配制一組包括空白標樣在內的不同濃度的殺蟲脒標準溶液；
b.工作電極修飾:將如權利要求1所述的制備方法所制備的電化學殺蟲脒傳感器為工作電極，將步驟a中配制的不同濃度的殺蟲脒標準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，鉑絲電極作為對電極，與步驟b所修飾好的工作電極組成三電極系統，連接電化學工作站，在電解槽中先后加入15 mL PBS和20 uL 5 mol/L的H2O2;通過計時電流法檢測組裝的工作電極對H2O2的響應；空白標樣的響應電流記為1，含有不同濃度的殺蟲脒標準溶液的響應電流記作I1,響應電流降低的差值為Δ I = 10-1i, Δ I與殺蟲脒標準溶液的質量濃度C之間成線性關系，繪制Δ I —C工作曲線；
d.殺蟲脒的檢測:用待測樣品代替步驟a中的殺蟲脒標準溶液，按照步驟b和c中的方法進行檢測，根據響應光信號強度降低的差值A I和工作曲線，得到待測樣品中殺蟲脒的含量。
[0008]本發明的有益成果
(1)本發明所述的電化學殺蟲脒傳感器制備簡單，操作方便，實現了對樣品的快速、靈敏、高選擇性檢測，并且成本低，可應用于便攜式檢測，具有市場發展前景；
(2)本發明首次制備了新型二維光敏材料Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4，由于錳在氧化鉬/二氧化鈦納米片上的原位生長而充分與氧化鉬/ 二氧化鈦納米片接觸，利用錳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作用，有效提高了半導體基質電子傳遞能力和催化活性，解決了二氧化鈦納米片雖然比表面積比較大及介孔特性適用于電化學基質材料，但是電化學活性不高及電流信號不穩定的技術問題；同時由于氮化碳g_C3N4的良好的導電性和電化學的特性，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，解決了二氧化鈦納米片導電性差和電流響應信號弱而不利于制備電化學傳感器的技術問題，因此，該材料的有效制備，具有重要的科學意義和應用價值；
(3)本發明首次將Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4應用于電化學生物傳感器的制備中，顯著提高了電流信號的強度和穩定性，大大提高了電化學傳感器的檢測靈敏度，使得電化學生物傳感器實現了在實際工作中的應用；該材料的應用，也為相關生物傳感器，如光電化學傳感器、電致化學發光傳感器等提供了技術參考，具有廣泛的潛在使用價值。
【具體實施方式】
[0009]實施例1Mn-Mo03/Ti O2Og-C3N4的制備
首先，取0.6 mmol鉬酸鈉和0.8 mmol猛鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過程中，緩慢加入0.5 mL氫氟酸，160 °C下在反應釜中反應24小時，冷卻至室溫后，用超純水和無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;最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4;
所述的錳鹽為硫酸錳。
[0010]實施例2Mn-Mo03/Ti 02@g-C3N4的制備
首先，取0.8 mmol鉬酸鈉和1.0 mmol猛鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過程中，緩慢加入0.65 mL氫氟酸，180 "€下在反應爸中反應21小時，冷卻至室溫后，用超純水和無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;最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4;
所述的錳鹽為氯化錳。
[0011]實施例3Mn-Mo03/Ti 02@g-C3N4的制備
首先，取1.0 mmol鉬酸鈉和1.2 mmol猛鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過程中，緩慢加入0.8 mL氫氟酸，200 "€下在反應爸中反應18小時，冷卻至室溫后，用超純水和無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；最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4;
所述的錳鹽為硝酸錳。
[0012]實施例4電化學殺蟲脒傳感器的制備方法
(1)將寬為Icm、長為4 cm的玻碳電極作為工作電極，在電極表面滴涂8