一种光电化学适配体传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种光电化学适配体传感器及其制备方法和应用，该光电化学适配体传感器包括导电玻璃电极，其反应端表面修饰有由负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片组成的复合膜，膜表面自组装有特异性适配体探针。其制备方法包括：依次在导电玻璃电极反应端表面修饰负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片和特异性适配体探针。本发明专利技术传感器具有稳定性高、使用寿命长、抗干扰能力强、检测范围宽、检测极限低等优点，其制备方法具有工艺简单、操作便捷、安全、成本低廉、无污染、制作效率高等优点。本发明专利技术传感器可广泛用于检测水体、生物体等介质中的污染物(如抗生素)，具有利用率高、应用范围广、应用价值高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种光电化学适配体传感器及其制备方法和应用
本专利技术属于生物传感器
，涉及一种光电化学适配体传感器及其制备方法和应用。
技术介绍
由于简单仪器，低成本，快速分析和高灵敏度等优点，光电化学传感器已经引起了越来越多的研究兴趣。在光电化学传感器检测系统中，采用工作电极将光能转化为与浓度成线性关系的电信号，因而工作电极在光电化学传感器检测系统中起着重要作用。各种光活性半导体材料如TiO2、ZnO、CdS和CdSe等，可以有效地转换紫外光或可见光，已被广泛应用于制备工作电极，但这些材料对光的利用率较低，且含有的金属离子具有潜在的毒性，所以有必要研究一种高效、稳定、低毒的新型光活性材料用于构建光电化学传感器。石墨相的非金属半导体氮化碳(g-C3N4)作为一种光活性材料，由于其优异的化学稳定性和低廉的制备成本引起人们的关注，然而纯的g-C3N4由于其量子产率不高而表现出较低的光催化活性，并且常规条件制备的g-C3N4块体较大，无法形成薄片状，不利于其他材料的负载和分散。另一方面，为了实现对检测对象产生特异性的光电响应，常将DNA、分子印迹聚合物、抗体、酶和适配体用于与光电极一起作为光电化学传感器中的识别元件，然而由这些识别元件构成的光电化学传感器存在结构复杂、稳定性差、使用寿命短、抗干扰能力差、检测范围和检测极限不足等问题，另外，这些光电化学传感器的制备方法还存在制备工艺复杂、操作困难、成本高、效率低等问题，同时所制得的光电化学传感器仍然存在稳定性差等不足，这严重限制了光电化学传感器的广泛应用。因此，亟需研究出一种基于g-C3N4的比表面积大、太阳光利用率高、分散性能好、热稳定性好、导电性好的功能型光活性纳米材料，使得该材料能够用于环境污染物的检测和处理中，特别地，在将该材料用于制备光电化学适配体传感器的工作电极时能够简化工作电极的制备步骤，且在提高灵敏度的同时使得由该材料制备得到的工作电极能够直接用于检测污染物。抗生素是一类具有抗菌活性的化合物，它在动物源性食品中的残留是典型的食品安全问题之一，并且由于滥用和抗生素耐药性的增加而被视为重要的健康危害。土霉素(OTC)是一种从环状链霉菌中提取获得的四环素衍生物，作为广谱抗菌药物广泛用于人类医学、兽医医药、水果和蔬菜，以防止细菌疾病。但是，这些药物的滥用带来了一些不良影响，如过敏反应、抗生素耐药性和药物残留。食物链中的药物残留物可能危害人体健康，世卫组织已宣布药物和人类食物中土霉素的最大允许含量为0.1mgL-1。现有测定OTC的方法包括：高效液相色谱法、酶联免疫吸附试验、毛细管电泳法、免疫分析和电化学方法等等，这些方法中存在操作繁琐、精确度和特异性较差、检测成本较高等问题。因此，开发高灵敏度和选择性的方法来定量检测环境中的土霉素是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种稳定性高、使用寿命长、抗干扰能力强、检测范围宽、检测极限低的光电化学适配体传感器，并相应提供一种工艺简单、操作便捷、安全、成本低廉、无污染、制作效率高的光电化学适配体传感器的制备方法，同时还提供一种上述光电化学适配体传感器在检测抗生素中的应用，特别地采用上述光电化学适配体传感器检测土霉素时具有抗干扰能力强、检测范围宽、检测极限低等优点。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种光电化学适配体传感器，包括三电极系统中用作工作电极的导电玻璃电极，所述导电玻璃电极的反应端表面修饰有复合膜，所述复合膜由负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片组成；所述复合膜表面自组装有特异性适配体探针；所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片是以磷杂化石墨相氮化碳纳米片为载体，所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面负载有金纳米粒子。上述的光电化学适配体传感器，进一步改进的，所述导电玻璃电极为二氧化锡导电玻璃电极；所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片中磷杂化石墨相氮化碳纳米片与金纳米粒子的质量比为1∶0.01～0.2。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述光电化学适配体传感器的制备方法，包括以下步骤：S1、将负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片悬浮液涂覆在导电玻璃电极的反应端表面，得到负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片修饰的导电玻璃电极；S2、将特异性适配体探针溶液滴加到步骤S1得到的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片修饰的导电玻璃电极的反应端表面进行反应，所得导电玻璃电极加入到6-巯基乙醇溶液中进行培养，使特异性适配体探针通过金硫共价键固定在导电玻璃电极的反应端表面，完成对光电化学适配体传感器的制备。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片悬浮液是由负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散于全氟磺酸溶液中制得。上述的制备方法，进一步改进的，所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片悬浮液中负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片的浓度为2mg/mL～10mg/mL。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片由以下方法制得：(1)将磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散于甲醇/水混合溶液中，得到磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液；(2)将磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液与氯金酸溶液混合，搅拌，光催化还原反应，得到负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤(1)中，所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片与甲醇/水混合溶液的质量体积比为2mg～3mg∶1mL；所述甲醇/水混合溶液由甲醇和超纯水混合制得；所述甲醇和超纯水的体积比为0.5～1.5∶5。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤(1)中，所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片由以下方法制得：(a)将三聚氰胺和2-氨乙基磷酸溶解到水中，得到混合溶液；所述三聚氰胺和2-氨乙基磷酸的质量比为40～80∶1；所述三聚氰胺与水的质量体积比为1g～2g∶60mL～100mL；(b)将步骤(a)得到的混合溶液进行加热，将水蒸发，得到混合晶体；(c)将步骤(b)得到的混合晶体升温至400℃～520℃焙烧2h～4h，再升温至520℃～550℃焙烧3h～5h，得到磷杂化石墨相氮化碳粉体；(d)将步骤(c)得到的磷杂化石墨相氮化碳粉体升温至400℃～520℃热处理2h～4h，得到磷杂化石墨相氮化碳纳米片。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤(2)中，所述氯金酸溶液由氯金酸和超纯水混合制得；所述氯金酸和超纯水的质量体积比为1g∶60mL～120mL；所述氯金酸溶液与磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液的体积比为0.0025～0.05∶1；所述搅拌的时间为0.5h～1.5h；所述光催化还原反应的时间为0.5h～1.5h。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述特异性适配体探针溶液的浓度为0.5μM～5μM；所述反应在温度为3℃～5℃下进行；所述反应的时间为10h～12h；所述6-巯基乙醇溶液的浓度为0.5mM～1.5mM；所述培养的时间为0.5h～1h。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的光电化学适配体传感器或上述的制备方法制得的光电化学适配体传感器在检测抗生素中的应用。上述的应用，进一步改进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电化学适配体传感器，包括三电极系统中用作工作电极的导电玻璃电极，其特征在于，所述导电玻璃电极的反应端表面修饰有复合膜，所述复合膜由负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片组成；所述复合膜表面自组装有特异性适配体探针；所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片是以磷杂化石墨相氮化碳纳米片为载体，所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面负载有金纳米粒子。

【技术特征摘要】
1.一种光电化学适配体传感器，包括三电极系统中用作工作电极的导电玻璃电极，其特征在于，所述导电玻璃电极的反应端表面修饰有复合膜，所述复合膜由负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片组成；所述复合膜表面自组装有特异性适配体探针；所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片是以磷杂化石墨相氮化碳纳米片为载体，所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面负载有金纳米粒子。2.根据权利要求1所述的光电化学适配体传感器，其特征在于，所述导电玻璃电极为二氧化锡导电玻璃电极；所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片中磷杂化石墨相氮化碳纳米片与金纳米粒子的质量比为1∶0.01～0.2。3.一种如权利要求1或2所述的光电化学适配体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片悬浮液涂覆在导电玻璃电极的反应端表面，得到负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片修饰的导电玻璃电极；S2、将特异性适配体探针溶液滴加到步骤S1得到的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片修饰的导电玻璃电极的反应端表面进行反应，所得导电玻璃电极加入到6-巯基乙醇溶液中进行培养，使特异性适配体探针通过金硫共价键固定在导电玻璃电极的反应端表面，完成对光电化学适配体传感器的制备。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片悬浮液是由负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散于全氟磺酸溶液中制得；所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片悬浮液中负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片的浓度为2mg/mL～10mg/mL；所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片由以下方法制得：(1)将磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散于甲醇/水混合溶液中，得到磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液；(2)将磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液与氯金酸溶液混合，搅拌，光催化还原反应，得到负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片与甲醇/水混合溶液的质量体积比为2mg～3mg∶1mL；所述甲醇/水混合溶液由甲醇和超纯水混合制得；所述甲醇和超纯水的体积比为0.5～1.5∶5；所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片由以下方法制得：(a)将三聚氰胺和2-氨乙基磷酸溶解到水中，得到混合溶液；所述三聚氰胺和2-氨乙基磷酸的质量比为40～80∶1；所述三聚氰胺与水的质量体积比为1g～2g∶60mL～100mL；(b)将...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤琳，彭博，欧阳细莲，方思源，邓垚成，刘雅妮，王敬敬，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43