用于甘薯早期黑斑病检测的QCM阵列传感器及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于甘薯早期黑斑病检测的QCM阵列传感器及其应用，用于区分健康甘薯和染病甘薯，染病的甘薯出现香茅醇，而健康甘薯未出现香茅醇；随着时间的增加，染病甘薯中的庚醛减少速度快于健康甘薯；染病甘薯中苯甲醛和2

【技术实现步骤摘要】
用于甘薯早期黑斑病检测的QCM阵列传感器及其应用


[0001]本专利技术属于涉及一种用于甘薯早期黑斑病检测的基于石英晶体微天平（QCM）阵列传感器；具体说是以两种MIPs和两种MOFs材料作为敏感吸附材料，对被长喙壳菌侵染导致甘薯出现黑斑病早期状态进行监测。

技术介绍

[0002]水果、蔬菜、谷物、海鲜、肉类等农产品会出现特殊的气味，这些气味主要由挥发性有机化合物（VOCs）组成。果蔬、部分谷物类等农产品采后仍会出现自然代谢并且可能受到各种微生物侵害，这些农产品会表现出与正常或采摘前不同的生理生化行为，从而导致释放的VOCs成分或含量发生变化，这便为利用气敏性传感器来区分正常和受伤农产品提供了事实基础。
[0003]甘薯作为世界上重要的经济和粮食作物（世界上第六大粮食作物，发展中国家第五大粮食作物），广泛种植于世界各地。但是甘薯在贮藏过程中容易受到细菌、真菌影响，出现各种病变。甘薯黑斑病（出现黑色病斑，后期会出现深色刚毛）是甘薯的三大病害之一，其主要是由于受到甘薯长喙壳菌侵染导致。染病的甘薯会出现抗性毒素，对人体或动物身体均具有毒性，而且黑斑病会造成甘薯之间相互传染，从而严重影响甘薯的产量和贮藏。因此，开发能够识别早期染病甘薯的传感器显得尤为重要。
[0004]石英晶体微天平（QCM）是一种基于压电响应的纳克级质量型传感器，它通过频率变化反映出质量变化。QCM因其高灵敏度、在线检测能力和在室温下工作的能力而受到广泛关注。近几年来，QCM作为气体传感器对食品检测有不少研究，然而，现阶段用于检测谷物粮食类的QCM气敏传感器较少，尚未出现检测甘薯的QCM气敏传感器。
[0005]近几年来，出现了以分子印迹聚合物（MIPs）为材料的QCM气体传感器。分子印记技术模仿抗原
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抗体结合原理制备聚合物，它使用功能性单体与目标分子共价/非共价结合，使用交联剂形成共聚物，最后去除目标分子，形成一个能特异性识别目标模板的人工空穴。发展至今，MIPs已经因其低成本和高选择性而成为有效的检测材料。另外，近几年发展迅速的金属有机框架（MOFs）材料也引起了研究者的关注，MOFs是一种由多金属单元和有机配体形成的新型结晶多孔材料，具有高比表面积、高稳定性和拓扑结构多样等特性，对VOCs具有良好的吸附性能。沸石咪唑框架（ZIFs）材料是有机配体为四面体咪唑酯连接体的MOFs材料，但ZIFs材料在溶液中不够稳定。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种用于甘薯早期黑斑病检测的QCM阵列传感器及其应用。
[0007]一种用于甘薯早期黑斑病检测的QCM阵列传感器，用于区分健康甘薯和染病甘薯，染病的甘薯出现香茅醇，而健康甘薯未出现香茅醇；随着时间的增加，染病甘薯中的庚醛减少速度快于健康甘薯；染病甘薯中苯甲醛和2
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戊基呋喃的增加速度快于健康甘薯；所述的
QCM阵列传感器包括：修饰了香茅醇MIPs的QCM金电极，用于甘薯早期出现黑斑病时在释放的VOCs中检测香茅醇；修饰了庚醛MIPs的QCM金电极，用于甘薯早期出现黑斑病时在释放的VOCs中检测庚醛；修饰了Co
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ZIF
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8的QCM金电极，用于甘薯早期出现黑斑病时在释放的VOCs中检测2
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戊基呋喃；修饰了ZIF
‑8‑
C的QCM金电极，用于甘薯早期出现黑斑病时在释放的VOCs中检测苯甲醛。
[0008]所述的香茅醇MIPs的QCM金电极制备方法如下：1)0.3~0.7 mmol的香茅醇标准品在室温下溶解在25 mL的甲醇与乙腈，v:v=1:1，混合溶液中；2)将1.5~2.5 mmol的功能单体—α
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甲基丙烯酸（MAA）加入到上述液体中，混合后的溶液在超声波清洗机里振荡10 min，然后在振荡器中振荡1 h，使其充分溶解；此溶液避光保存12 h；3)滴加3~7 mmol的交联剂—乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）和33~43 mg的引发剂—偶氮二异丁腈（AIBN）溶解在溶液中，混合溶液搅拌10min，直至溶液完全澄清，后通入氮气；4)放置在水浴锅中57~64℃水浴20~30 h进行聚合；5)聚合完成后，在真空干燥箱中干燥，并包装成小包，放置在索氏提取器中进行洗脱，选择150~250 mL的乙酸和甲醇的混合溶液，v:v=2:8，作为提取液，提取10小时，然后提取液换为甲醇溶液进一步进行提取；洗脱完成后，将得到的物质进行干燥和研磨，分别得到颗粒均匀的香茅醇MIPs；6)将直径为5 mm的QCM金电极用超纯水和无水乙醇交替进行清洗，反复进行5次，最后一次用超纯水冲洗；7)清洗好的金电极，在氮气的氛围中进行烘干，保证上面没有其他杂质及水分存在；8)取3~7 μL、浓度为0.5~3 mg/mL的香茅醇MIPs溶液逐滴滴在电极表面，在红外烤灯下烤干，制备获得修饰了香茅醇MIPs的电极；9)制备好的芯片放置在干燥皿中密封好，防止空气中的杂质和空气中水分影响电极表面材料，静置过夜。
[0009]所述的庚醛MIPs的QCM金电极制备方法如下：1)0.3~0.7 mmol的庚醛标准品室温下溶解在25 mL的甲醇与乙腈，v:v=1:1，混合溶液中；2)将1.5~2.5 mmol的功能单体—α
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甲基丙烯酸（MAA）加入到上述液体中，混合后的溶液在超声波清洗机里振荡10 min，然后在振荡器中振荡1 h，使其充分溶解；此溶液避光过夜；3)次日，滴加3~7 mmol的交联剂—乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）和33~43 mg的引发剂—偶氮二异丁腈（AIBN）溶解在溶液中，混合溶液搅拌10min，直至溶液完全澄清，后
通入氮气；4)放置在水浴锅中57~64℃水浴20~30 h进行聚合；5)聚合完成后，在真空干燥箱中干燥，并包装成小包，放置在索氏提取器中进行洗脱，用150~250 mL的乙酸和甲醇的混合溶液，v:v=2:8，提取10小时，然后提取液换为甲醇溶液进一步进行提取；洗脱完成后，将得到的物质进行干燥和研磨，分别得到颗粒均匀的庚醛MIPs；6)将直径为5 mm的QCM金电极用超纯水和无水乙醇交替进行清洗，反复进行5次，最后一次用超纯水冲洗；7)清洗好的金电极，在氮气的氛围中进行烘干，保证上面没有其他杂质及水分存在；8)取3~7μL、浓度为0.5~3 mg/mL的庚醛MIPs溶液逐滴滴在电极表面，在红外烤灯下烤干，制备成修饰了庚醛MIPs的电极；9)制备好的芯片放置在干燥皿中密封好，防止空气中的杂质和空气中水分影响电极表面材料，静置过夜。
[0010]所述的修饰了Co
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ZIF
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8的QCM金电极制备方法如下：1)将2.5~3.0 g六水合硝酸锌和4.5~6.5 g六水合硝酸钴加入到270 ml甲醇中搅拌作为A液；将15~20 g 的2
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甲基咪唑溶解于90 mL甲醇中作为B液，与上述两种溶液混合；2)在室温下磁化搅拌24小时后，溶液变成紫色；用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于甘薯早期黑斑病检测的QCM阵列传感器，其特征在于，用于区分健康甘薯和染病甘薯，染病的甘薯出现香茅醇，而健康甘薯未出现香茅醇；随着时间的增加，染病甘薯中的庚醛减少速度快于健康甘薯；染病甘薯中苯甲醛和2
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戊基呋喃的增加速度快于健康甘薯；所述的QCM阵列传感器包括：修饰了香茅醇MIPs的QCM金电极，用于甘薯早期出现黑斑病时在释放的VOCs中检测香茅醇；修饰了庚醛MIPs的QCM金电极，用于甘薯早期出现黑斑病时在释放的VOCs中检测庚醛；修饰了Co
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ZIF
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8的QCM金电极，用于甘薯早期出现黑斑病时在释放的VOCs中检测2
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戊基呋喃；修饰了ZIF
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C的QCM金电极，用于甘薯早期出现黑斑病时在释放的VOCs中检测苯甲醛。2.根据权利要求1所述的一种用于甘薯早期黑斑病检测的QCM阵列传感器，其特征在于，所述的香茅醇MIPs的QCM金电极制备方法如下：1)0.3~0.7 mmol的香茅醇标准品在室温下溶解在25 mL的甲醇与乙腈，v:v=1:1，混合溶液中；2)将1.5~2.5 mmol的功能单体—α
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甲基丙烯酸（MAA）加入到上述液体中，混合后的溶液在超声波清洗机里振荡10 min，然后在振荡器中振荡1 h，使其充分溶解；此溶液避光保存12 h；3)滴加3~7 mmol的交联剂—乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）和33~43 mg的引发剂—偶氮二异丁腈（AIBN）溶解在溶液中，混合溶液搅拌10min，直至溶液完全澄清，后通入氮气；4)放置在水浴锅中57~64℃水浴20~30 h进行聚合；5)聚合完成后，在真空干燥箱中干燥，并包装成小包，放置在索氏提取器中进行洗脱，选择150~250 mL的乙酸和甲醇的混合溶液，v:v=2:8，作为提取液，提取10小时，然后提取液换为甲醇溶液进一步进行提取；洗脱完成后，将得到的物质进行干燥和研磨，分别得到颗粒均匀的香茅醇MIPs；6)将直径为5 mm的QCM金电极用超纯水和无水乙醇交替进行清洗，反复进行5次，最后一次用超纯水冲洗；7)清洗好的金电极，在氮气的氛围中进行烘干，保证上面没有其他杂质及水分存在；8)取3~7 μL、浓度为0.5~3 mg/mL的香茅醇MIPs溶液逐滴滴在电极表面，在红外烤灯下烤干，制备获得修饰了香茅醇MIPs的电极；9)制备好的芯片放置在干燥皿中密封好，防止空气中的杂质和空气中水分影响电极表面材料，静置过夜。3.根据权利要求1所述的一种用于甘薯早期黑斑病检测的QCM阵列传感器，其特征在于，所述的庚醛MIPs的QCM金电极制备方法如下：1)0.3~0.7 mmol的庚醛标准品室温下溶解在25 mL的甲醇与乙腈，v:v=1:1，混合溶液中；2)将1.5~2.5 mmol的功能单体—α
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甲基丙烯酸（MAA）加入到上述液体中，混合后的溶液在超声波清洗机里振荡10 min，然后在振荡器中振荡1 h，使其充分溶解；此溶液避光过夜；
3)次日，滴加3~7 mmol的交联剂—乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）和33~43 mg的引发剂—偶氮二异丁腈（AIBN）溶解在溶液中，混合溶液搅拌10min，直至溶液完全澄清，后通入氮气；4)放置在水浴锅中57~64℃水浴20~30 h进行聚合；5)聚合完成后，在真空干燥箱中干燥，并包装成小包，放置在索氏提取器中进行洗脱，用150~250 mL的乙酸和甲醇的混合溶液，v:v=2:8，提取10小时，然后提取液换为甲醇溶液进一步进行提取；洗脱完成后，将得到的物质进行干燥和研磨，分别得到颗粒均匀的庚醛MIPs；6)将直径为5 mm的QCM金电极用超纯水和无水乙醇交替进行清洗，反复进行5次，最后一次用超纯水冲洗；7)清洗好的金电极，在氮气的氛围中进行烘干，保...

【专利技术属性】
技术研发人员：张璐，庞林江，王阵贺，陆国权，孙霞，成纪予，陈薇，路兴花，
申请(专利权)人：浙江农林大学，
类型：发明
国别省市：