一种用于灵敏检测铅离子的柔性光电阴极传感器的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于灵敏检测铅离子的柔性光电阴极传感器的制备方法。通过液/液界面生长的方法制备卟啉基共价有机框架薄膜作为光电阴极材料获得强的初始光电流信号。随后，将硒化镉/二氧化硅核壳量子点通过杂交连锁反应大量负载在卟啉基共价有机框架薄膜上，结合量子点的多重猝灭效应和空间位阻效应，传感器信号猝灭至最低，进而实现对铅离子的灵敏检测。本发明专利技术能够提高阴极光电信号的强度和稳定性，减少还原性物质对阴极光电传感器的干扰，在检测自来水和湖水中的铅离子方面具有广阔的应用前景。阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于灵敏检测铅离子的柔性光电阴极传感器的制备方法


[0001]本专利技术涉及电化学检测
，更具体的说是一种用于灵敏检测铅离子的柔性光电阴极传感器的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，水体环境中铅离子污染因为其毒性、生物积累性和持久性而受到社会前所未有的关注。在各种重金属污染物中，铅离子对生物体的损害极大，几乎可以干扰胎儿发育的各个方面，造成脑、肾损伤甚至死亡。为了防止铅离子对生物体和环境造成危害，人们提出了许多快速、定量检测环境中铅离子的分析测试技术，包括电化学、荧光、表面等离子体共振和电化学发光等多种方法。然而，上述技术依赖复杂的仪器设备和繁琐的样品预处理过程，在实际应用方面受到较多的限制。因此，有必要探索一种简单、可靠、低成本的铅离子测定方法。
[0003]柔性光电阴极传感器因其灵敏度高、背景噪声小、稳定性好等优点受到越来越多的关注。此外，光电化学检测方法可以通过一个简单的电子读出装置快速、准确的对被测物进行定量分析，很实现柔性光电阴极传感器的微型化和便捷化。目前，人们对各种n型半导体材料如ZnO、TiO2和CdS等进行了深入研究，开发了用于蛋白质、DNA和金属离子检测的阳极光电化学传感平台。但是，这些基于光电阳极的光电化学检测平台受到了真实样品中还原性物质的干扰，使其应用受到限制。基于p型半导体的光电阴极材料可以防止光电阳极界面固有的空穴发生氧化反应，极大地拓宽了光电阴极传感器的应用范围。因此，开发一种低成本、高效的新型光电阴极材料用于柔性光电阴极传感器变得刻不容缓。值得庆幸的是，卟啉及其衍生物作为光电阴极材料应用于柔性光电阴极传感器已被广泛研究。这些四吡咯大环化合物在450 nm和500
‑
650 nm波段具有很强的光吸收。此外，卟啉及其衍生物具有超快的电子注入、缓慢的电荷重组动力学和良好的化学稳定性，还具有快速产生空穴
‑
电子对以及电荷重组慢的优点。然而，卟啉分子之间的无序排列及其低电荷传输效率是其实际应用上面临的最大挑战和难题。
[0004]共价有机框架由于其在二维平面上的共轭以及垂直方向上的原子周期性柱状π阵列，提供了电荷传输的通道，大大提高了电荷转移的能力。近年来，基于卟啉的共价有机框架材料在光电领域被证明是一种优秀的阴极光电材料。在上述认识的启发下，制备卟啉基共价有机框架薄膜作为光电器件，为开发高性能柔性光电阴极传感器提供了一条可行的途径。

技术实现思路

[0005]针对目前存在的问题，本专利技术提供一种用于灵敏检测铅离子的柔性光电阴极传感器的制备方法，其特征是包括以下步骤：（1）柔性氧化铟锡电极的制备：将柔性氧化铟锡电极裁至面积为1 cm
×
4 cm，依次放入丙酮、无水乙醇、超纯水超声处理10
‑
20 min，然后置于氮气流下干燥10
‑
20 min，其中
柔性氧化铟锡简写为PET
‑
ITO；（2）卟啉基共价有机框架薄膜的制备：采用液/液界面生长的方法，将3.6
‑
3.8 mg的对苯二甲醛溶于50 mL的二氯甲烷中，在醛溶液的上层加入40 mL的超纯水作为间隔水层，随后将8.4 mg的四氨基苯基卟啉和9.7 mg的对甲苯磺酸溶于35 mL的水和15 mL的乙腈的混合溶液中，并将其缓慢滴加到间隔水的顶部，整个体系置于室温下保存70
‑
74 h，在液/液界面处形成卟啉基共价有机框架薄膜，其中卟啉基共价有机框架薄膜简写为TAPP
‑
COFs薄膜；（3）硒化镉/二氧化硅核壳量子点的制备：将硒化镉量子点分散在300 μL的甲苯中，加入1.5 μL正硅酸乙酯搅拌20 h得到硅烷化量子点，然后在剧烈搅拌下将1.0 g的Igepal CO
‑
520和300 μL硅烷化的量子点加入到10 mL环己烷中，随后加入0.3 mL氨水溶液并注入1.5 μL正硅酸乙酯，反应时间控制在11
‑
13 h，反应结束后将混合液冷却至室温，离心收集硒化镉/二氧化硅核壳量子点，其中硒化镉/二氧化硅核壳量子点简写为CdSe@SiO
2 QDs；（4）CdSe@SiO
2 QDs与DNA链进行偶联：将100 μL的1
‑
（3
‑
二甲氨基丙基）
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐和1 OD的DNA链加入到1 mL的pH为7.4的磷酸缓冲盐溶液中，其中DNA链包括H1链或H2链，磷酸缓冲盐溶液简写为PBS，随后将40 μL的CdSe@SiO
2 QDs溶液添加到上述体系，在室温下孵育11
‑
13 h，再次加入100 μL的1
‑
（3
‑
二甲氨基丙基）
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐震荡反应4 h，在离心条件下将多余杂质用超纯水洗涤三次，均匀分散于pH为7.4的PBS中，获得H1‑
量子点或H2‑
量子点，其中H1‑
量子点简写为H1‑
QDs，H2‑
量子点简写为H2‑
QDs；（5）柔性光电阴极传感器的构建：将TAPP
‑
COFs薄膜转移到干净的PET
‑
ITO基底上，置于40 ℃的烘箱内干燥过夜，将1 OD的DNAzyme S1链置于1050
‑
1100 μL含20 mM 1
‑
（3
‑
二甲氨基丙基）
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐和10 mM N
‑
羟基琥珀酰亚胺的pH为7.4的PBS中激活DNA序列中的羧基，接下来将40 μL的S1链滴加在TAPP
‑
COFs薄膜上孵育6 h，然后加入40 μL的2 mM的6
‑
巯基
‑1‑
己醇溶液，再次洗涤，在传感器表面滴加40 μL 2.5 μΜ的S2链，室温孵育6 h，将未反应的DNA链用pH为7.4的PBS冲洗掉，最后加入35 μL 1 μM的H1‑
QDs及35 μL 1 μM的H2‑
QDs，室温孵育2 h，得到一种用于灵敏检测铅离子的柔性光电阴极传感器。
[0006]本专利技术的有益效果：（1）本专利技术中采用液/液界面生长的方法制备TAPP
‑
COFs薄膜，制备方法简单，且后处理相对容易，合成的CdSe@SiO
2 QDs具有多重猝灭效应和空间位阻效应；（2）本专利技术使用的阴极光电材料能够提高阴极光电信号的强度，减少还原性物质对柔性阴极光电传感器的干扰，改善柔性阴极光电传感器的光电性能，使制备的柔性光电阴极传感器具有较高的灵敏度；（3）本专利技术构建的柔性光电阴极传感器检测线性范围宽、检测限低，选择性好，具有良好的稳定性和重现性，可实现对自来水和湖水样品中的铅离子的在线实时检测，并且在检测铅离子时显示出高的性能。
附图说明
[0007]图1是（A）TAPP
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于灵敏检测铅离子的柔性光电阴极传感器的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（1）柔性氧化铟锡电极的制备：将柔性氧化铟锡电极裁至面积为1 cm
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4 cm，依次放入丙酮、无水乙醇、超纯水超声处理10
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20 min，然后置于氮气流下干燥10
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20 min，其中柔性氧化铟锡简写为PET
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ITO；（2）卟啉基共价有机框架薄膜的制备：采用液/液界面生长的方法，将3.6
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3.8 mg的对苯二甲醛溶于50 mL的二氯甲烷中，在醛溶液的上层加入40 mL的超纯水作为间隔水层，随后将8.4 mg的四氨基苯基卟啉和9.7 mg的对甲苯磺酸溶于35 mL的水和15 mL的乙腈的混合溶液中，并将其缓慢滴加到间隔水的顶部，整个体系置于室温下保存70
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74 h，在液/液界面处形成卟啉基共价有机框架薄膜，其中卟啉基共价有机框架薄膜简写为TAPP
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COFs薄膜；（3）硒化镉/二氧化硅核壳量子点的制备：将硒化镉量子点分散在300 μL的甲苯中，加入1.5 μL正硅酸乙酯搅拌20 h得到硅烷化量子点，然后在剧烈搅拌下将1.0 g的Igepal CO
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520和300 μL硅烷化的量子点加入到10 mL环己烷中，随后加入0.3 mL氨水溶液并注入1.5 μL正硅酸乙酯，反应时间控制在11
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13 h，反应结束后将混合液冷却至室温，离心收集硒化镉/二氧化硅核壳量子点，其中硒化镉/二氧化硅核壳量子点简写为CdSe@SiO
2 QDs；（4）CdSe@SiO
2 QDs与DNA链进行偶联：将100 μL的1
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（3
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二甲氨基丙基）
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乙基碳二亚胺盐酸盐和1 OD的D...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱沛华，白玉娇，赵传锐，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：