一種基于二氧化鈦基二維納米復合材料的電化學己烯雌酚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己稀雌酸傳感器的制備方法。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]環境雌激素是指一類進入機體后，具有干擾體內正常內分泌物質的合成、釋放、運輸、結合、代謝等過程，激活或抑制內分泌系統的功能，從而破壞維持機體穩定性和調控作用的化合物，環境雌激素種類繁多，包括人工合成化合物及植物天然雌激素，廣泛分布于自然界中。己烯雌酚便是一種人工合成的非留體雌激素物質。目前，檢測己烯雌酚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、特異性強的己烯雌酚傳感器具有重要意義。
[0003]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】
[0004]本發明的目的在于提供一種制備簡單、靈敏度高、檢測快速、特異性強的電化學己烯雌酚傳感器的制備方法，所制備的傳感器，可用于己烯雌酚的快速、靈敏檢測。基于此目的，本發明首先制備了一種二維片狀的磁性納米材料，即鐵和鈷雙金屬原位復合的氮摻雜二氧化鈦納米片FeC0-NOT12，利用該材料的良好的生物相容性、大的比表面積和鐵磁性，負載上己烯雌酚抗體，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己烯雌酚的生物傳感器的構建。
[0005]本發明采用的技術方案如下:
1.一種基于二氧化鈦基二維納米復合材料的電化學己烯雌酚傳感器的制備方法，所述的二氧化鈦基二維納米復合材料為鐵和鈷雙金屬原位復合的氮摻雜二氧化鈦納米片FeCo_N@Ti02，所述的電化學己稀雌酸傳感器由工作電極、FeCo_N@Ti02、己稀雌酸抗體、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.FeCo-NOT12的制備;
b.電化學己烯雌酚傳感器的制備；
其中，步驟a制備FeCo-NOT12的具體步驟為:
首先，取0.8 mmol鐵鹽、0.8?1.2 mmol鈷鹽和I mmol錢鹽加入到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 °C下真空干燥;然后，將研磨的粉末放入馬弗爐中，升溫速度為卜3 °C/min，480?560 °C下在氮氣保護下，煅燒1?60 min;最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得FeCo-NOT12 ；
所述的鐵鹽選自下列之一:硫酸鐵、氯化鐵、硝酸鐵；
所述的鈷鹽選自下列之一:硫酸鈷、氯化鈷、硝酸鈷；
所述的銨鹽選自下列之一:硫酸銨、氯化銨、硝酸銨、碳酸銨；
步驟b制備電化學己烯雌酚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FeC0-NOT12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的己烯雌酚抗體溶液，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20 pg/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，即制得電化學己烯雌酚傳感器；
所述的FeCo-NOT12溶液為將50 mg的FeCo-NOT12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。
[0006]2.本發明所述的制備方法所制備的電化學己烯雌酚傳感器的應用，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己烯雌酚標準溶液；
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己烯雌酚傳感器為工作電極，將步驟a中配制的不同濃度的己烯雌酚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 pL 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，含有不同濃度的己烯雌酚標準溶液的響應電流記作Ii，響應電流降低的差值為Δ I = 10-1i, Δ I與己烯雌酚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.己烯雌酚的檢測:用待測樣品代替步驟a中的己烯雌酚標準溶液，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，得到待測樣品中己烯雌酚的含量。
[0007]本發明的有益成果
(1)本發明所述的電化學己烯雌酚傳感器制備簡單，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片狀光敏材料FeC0-NOT12,由于鐵、鈷在二氧化鈦納米片上的原位生長而充分與二氧化鈦納米片接觸，利用鐵、鈷的金屬表面等離子體作用以及二者的相互促進作用，有效提高了半導體基質共振能量轉移能力，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；同時由于氮的摻雜而使得二氧化鈦納米片更好的加大層隙間距和充分分散，極大地增大了二氧化鈦納米片的高能晶面的暴露、電子傳遞和充分分散，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FeC0-NOT12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】
[0008]實施例1 FeCo-NOT12的制備
首先，取0.8 mmol鐵鹽和0.8 mmol鈷鹽和I mmol錢鹽加入到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;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60 min ;最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得FeCo-NiT12;
所述的鐵鹽為硫酸鐵；
所述的鈷鹽為硫酸鈷；
所述的銨鹽為硫酸銨。
[0009]實施例2 FeCo-NOT12的制備
首先，取0.8 mmol鐵鹽和1.0 mmol鈷鹽和I mmol錢鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過程中，緩慢加入0.65 mL氫氟酸，180 °C下在反應釜中反應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;然后，將研磨的粉末放入馬弗爐中，升溫速度為2 °C/min，在520 °C下煅燒30 min ;最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得FeCo-NiT12; 所述的鐵鹽為氯化鐵；
所述的鈷鹽為氯化鈷；
所述的銨鹽為氯化銨。
[0010]實施例3 FeCo-NOT12的制備
首先，取0.8 mmol鐵鹽和1.2 mmol鈷鹽和I mmol錢鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過程中，緩慢加入0.8 mL氫氟酸，200 °C下在反應釜中反應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;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10 min;最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得FeCo-NiT12;
所述的鐵鹽為硝酸鐵；
所述的鈷鹽為硝酸鈷；
所述的銨鹽為硝酸銨。
[0011]實施例4電化學己烯雌酚傳感器的制備方法
(1)將寬為Icm、長為