基于纳米酶信号放大策略的自供能传感器的构建方法及其检测微囊藻毒素-LR的用途技术

本发明专利技术属于光电化学传感器技术领域，公开了基于纳米酶信号放大策略的自供能传感器的构建方法及其检测微囊藻毒素

【技术实现步骤摘要】
基于纳米酶信号放大策略的自供能传感器的构建方法及其检测微囊藻毒素
‑
LR的用途


[0001]本专利技术属于光电化学传感
，提供了一种基于光助燃料电池的纳米酶信号放大型自供能适配体传感器用于快速灵敏检测MC
‑
LR的方法。

技术介绍

[0002]自供能传感技术由于操作简单、成本低、响应速度快、可为自身传感供能，已成为电化学传感领域的研究热点。基于光助燃料电池(PFC)的自供能传感器通过目标物和光电极之间的相互作用引起的输出信号变化来实现分析检测。与传统的依托三电极体系的电化学传感器不同，自供能传感器仅由阳极和阴极组成，通过自发的电化学反应为检测提供能量，无需外部电源或偏置电压，在现场检测领域具有良好的应用前景。现有PFC产生的检测信号主要依赖于生物识别后光电活性材料与周围环境间的直接电子转移，开发合理的信号放大策略提高自供能传感器的灵敏度仍面临巨大挑战。
[0003]随着材料科学的发展，纳米材料被发现可以有效模拟天然酶的结构和功能，具有模拟酶催化性能的纳米材料被定义为纳米酶。与天然酶相比，纳米酶表现出更高的催化稳定性、更低的成本和更易调控的特性，使得纳米酶可以替代天然酶。通过纳米酶催化反应，放大PFC响应信号是提高自供能传感器灵敏度的有效手段。Co3O4空心纳米球(Co3O4HNPs)作为新型类过氧化物酶，具有较强的导电性和良好的催化稳定性。这种空心纳米球结构有效增加了材料的比表面积，使其在水中长期保持稳定且不会聚集，具有良好的应用前景。
[0004]Co3O4空心纳米球还未见用于基于光助燃料电池(PFC)的自供能传感器。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种微型化、低成本化、无需外加电源的信号放大型自供能传感器，利用Co3O
4 HNPs诱导酶促反应，放大传感器信号响应，实现虾肉样品中MC
‑
LR的超灵敏检测。
[0006]本专利技术通过所制备的Co3O
4 HNPs诱导酶促反应，放大传感器响应信号。在光照下，两个光电极同时被激发，光生电子通过外部电路从光阳极转移到光阴极。由于Co3O4HNPs具有类过氧化酶活性，在H2O2存在下，可以将4
‑
氯
‑1‑
萘酚(4
‑
CN)转化为不溶性沉淀物苯并
‑4‑
氯
‑
己二烯酮(4
‑
CD)，抑制信号响应输出。当适配体特异性识别靶标后，适配体和MC
‑
LR的复合物从电极表面脱落，导致电极表面可用于酶促反应的Co3O
4 HNPs减少，传感器输出信号升高，从而定量检测MC
‑
LR。该工作所构建的信号放大型自供能传感器不仅能够实现MC
‑
LR的灵敏检测，而且在其他领域(如生物分析、疾病诊断和临床生物医学)具有潜在的应用前景。
[0007]基于纳米酶信号放大策略的自供能传感器的构建方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1、ZnO NRs/FTO光阳极的制备：
[0009]将无水醋酸锌溶解于乙醇溶液后，旋涂于FTO导电面，在马弗炉中煅烧；然后，将处理过后的FTO放入六亚甲基四胺和六水合硝酸锌的混合溶液A中反应，冲洗FTO表面，合成了
氧化锌纳米棒阵列修饰的FTO(ZnO NRs/FTO)。
[0010]步骤2、CuS/FTO光阴极的制备：
[0011]将五水合硫酸铜、硫代乙酰胺和乙酸溶解于去离子水中，再将干净的FTO导电面朝下放置在上述溶液中反应，用去离子水清洗多次，干燥后合成了硫化铜修饰的FTO(CuS/FTO)。
[0012]步骤3、Co3O
4 HNPs的制备
[0013]将六水合硝酸钴溶解于异丙醇和甘油的混合溶液，转移至不锈钢高压釜中进行溶剂热反应，反应完毕后，得到固体产物甘油酸钴球；然后，将合成的甘油酸钴球放入马弗炉中煅烧，制备得到氧化钴空心纳米球，Co3O
4 HNPs。
[0014]步骤4、适配体修饰的Co3O
4 HNPs的制备
[0015]将步骤3得到的Co3O
4 HNPs分散在乙醇中，再将3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷滴入，反应一段时间后，离心干燥得到氨基功能化的Co3O
4 HNPs；
[0016]将所得产物分散于Tris
‑
HCl缓冲溶液中，再滴入戊二醛溶液，孵育一段时间后，离心洗涤，并分散于缓冲液中；
[0017]然后，将氨基化MC
‑
LR适配体加入到含有BSA的Tris
‑
HCl缓冲液中，孵育一段时间，离心洗涤，再次加入含有牛血清蛋白BSA的Tris
‑
HCl缓冲溶液，获得适配体修饰的Co3O
4 HNPs(apt
‑
Co3O
4 HNPs)。
[0018]步骤5、基于纳米酶信号放大的自供能传感器的构建：
[0019]将步骤1得到的ZnO NRs/FTO上滴加壳聚糖溶液，置于红外灯下干燥后，再滴涂戊二醛溶液，后用PBS冲洗；
[0020]然后，将氨基化的MC
‑
LR适配体互补链滴在ZnO NRs/FTO电极表面，固定温度下孵育一段时间，用PBS冲洗未被固定的适配体互补链，再滴加牛血清白蛋白溶液，封闭非特异性活性位点，得到MC
‑
LR适配体互补链修饰的ZnO NRs/FTO(cDNA
‑
ZnO NRs/FTO)；
[0021]然后，在cDNA
‑
ZnO NRs/FTO上滴加步骤4所得的apt
‑
Co3O
4 HNPs溶液，孵育一段时间，得到apt
‑
Co3O
4 HNPs/cDNA
‑
ZnO NRs/FTO。最后，将apt
‑
Co3O
4 HNPs/cDNA
‑
ZnO NRs/FTO光阳极和步骤2得到的CuS/FTO光阴极放入装有PBS的单室透明石英电解池中，构建用于MC
‑
LR灵敏检测的纳米酶信号放大型自供能适配体传感器。
[0022]步骤1中，
[0023]所述无水醋酸锌和乙醇用量比0.1～0.2g:90～110mL；所述旋涂转速是3000～4000r/s，时间30s，次数8～10次，在马弗炉以320℃煅烧1h；
[0024]混合溶液中，六亚甲基四胺浓度为40mmol/L，六水合硝酸锌浓度为40mmol/L；混合液用量20～40mL；反应温度90～100℃，反应时间1h。
[0025]进一步地，反应温度为95℃，反应时间1h。
[0026]步骤2中，
[0027]去离子水中，五水合硫酸铜的浓度为0.1M，硫代乙酰胺的浓度为1M，乙酸的浓度为0.7M；反应温度55～65℃，反应时间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于纳米酶信号放大策略的自供能传感器的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、制备ZnO NRs/FTO光阳极：将无水醋酸锌溶解于乙醇溶液后，旋涂于FTO导电面，在马弗炉中煅烧；然后，将处理过后的FTO置于含有六亚甲基四胺和六水合硝酸锌的混合溶液中反应，冲洗FTO表面，合成了氧化锌纳米棒阵列修饰的FTO，记为ZnO NRs/FTO；步骤2、制备CuS/FTO光阴极：将五水硫酸铜、硫代乙酰胺和乙酸溶解于去离子水中，FTO导电面朝下放置于上述溶液中，反应一段时间，合成了修饰硫化铜的FTO，记为CuS/FTO；步骤3、制备Co3O
4 HNPs：将六水合硝酸钴溶解于异丙醇和甘油的混合溶液，转移至不锈钢高压釜中进行溶剂热反应，反应完毕后，得到固体产物甘油酸钴球；然后，将甘油酸钴球在马弗炉中煅烧，制备得到了氧化钴空心纳米球，记为Co3O
4 HNPs；步骤4、制备适配体修饰的Co3O
4 HNPs：将步骤3得到的Co3O
4 HNPs分散在乙醇中，再将3
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氨丙基三乙氧基硅烷滴入，反应一段时间后，离心干燥得到氨基功能化的Co3O
4 HNPs；然后，将所得产物分散于Tris
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HCl缓冲溶液中，再滴入戊二醛溶液，孵育一段时间后，离心洗涤，最后分散于缓冲液中；然后，再将氨基化MC
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LR适配体加入到含有BSA的Tris
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HCl缓冲液中，孵育一段时间，离心洗涤，再次加入含有BSA的Tris
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HCl缓冲溶液，获得适配体修饰的Co3O
4 HNPs，记为apt
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Co3O
4 HNPs；步骤5、基于纳米酶信号放大的自供能传感器的构建步骤1得到的ZnO NRs/FTO上滴加壳聚糖溶液，置于红外灯下干燥后，再滴涂戊二醛溶液，后用PBS冲洗；然后，将氨基化的MC
‑
LR适配体互补链滴在ZnO NRs/FTO表面，固定温度下孵育一段时间后，用PBS冲洗未被固定的适配体互补链，再滴加牛血清白蛋白溶液，封闭非特异性活性位点，得到MC
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LR适配体互补链
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ZnO NRs/FTO，记为cDNA
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ZnO NRs/FTO；然后，在cDNA
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ZnO NRs/FTO上滴加步骤4所得的apt
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Co3O
4 HNPs溶液，孵育一段时间，得到apt
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Co3O
4 HNPs/cDNA
‑
ZnO NRs/FTO；最后，将apt
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Co3O
4 HNPs/cDNA
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ZnO NRs/FTO光阳极和步骤2得到的CuS/FTO光阴极放入装有PBS的单室透明石英电解池中，构建了用于MC
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LR灵敏检测的纳米酶信号放大型自供能适配体传感器。2.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤1中，所需无水醋酸锌和乙醇用量比0.1～0.2g:90～110mL；所述旋涂转速为3000～4000r/s，时间30s，次数8～10次；在马弗炉以320℃煅烧1h；混合溶液中，六亚甲基四胺和六水合硝酸锌的浓度均为40mmol/L，混合液用量20～40mL；在六水合硝酸锌和六亚甲基四胺的混合溶液中反应温度为90～100℃，反应时间1h。3.如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，步骤1中，在六水合硝酸锌和六亚甲基四胺的混合溶液中反应温度95℃，反应时间1h。4.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤2中，去离子水中，五水合硫酸铜的
浓度为0.1M，硫代乙酰胺的浓度为1M，乙酸的浓度为0.7M；反应温度55～65℃，反应时间1h；选用电极面积为1
×
2cm2，用胶带密封后，其暴露的实际工作面积为5mm
×
5mm。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：魏婕，丁焌峰，胡琴琴，衡华东，狄克佐，王坤，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：