一种锌-空电池辅助增强的自供能电化学传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电化学检测分析技术领域，具体涉及一种锌

【技术实现步骤摘要】
一种锌
‑
空电池辅助增强的自供能电化学传感器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电化学检测分析
，特别涉及一种锌
‑
空电池辅助增强的自供能电化学传感器及其制备方法，以及该自供能电化学传感器在检测微囊藻毒素
‑
RR
中的应用
。

技术介绍

[0002]水体的富营养化，大气中二氧化碳含量的上升，以及气候变化是生物活性蓝藻毒素的重要来源
。
而其中微囊藻毒素
(Microcystin
，
MCs)
是一类具有生物活性的环状七肽化合物，为分布最广泛的肝毒素，主要由淡水藻类铜绿微囊藻产生
。
微囊藻毒素为七肽单环肝毒素，结构中存在着环状结构和间隔双键，因而具有相当的稳定性
。
它能够强烈抑制蛋白磷酸酶的活性，对生态和人类健康构成越来越大的威胁
。
随着中国生活饮用水卫生标准
(GB 5749
‑
2006)
的颁布，将饮用水中微囊藻毒素含量限制为1μ
g/L
，该标准的实施对水的质量提出了更高的要求
[5]，因此开发一种高灵敏度检测微囊藻毒素的方法是很有必要的
。
[0003]目前，
MCs
检测和定量的分析方法已取得重大进展，研究的方法主要包括蛋白质磷酸酶抑制试验
(Protein Phosphatases Inhibition Assay(PPIA))、
酶联免疫吸附试验
(Enzyme Linked Immunosorbent Assay(ELISA))、
高效液相色谱
(High Performance Liquid Chromatography(HPLC))
和液相色谱
‑
质谱
(Liquid Chromatography
‑
Mass Spectrometry(LC
‑
MS))。
然而，这些方法存在诸如成本高
、
操作繁琐或者对仪器要求较高等问题
。
[0004]自供能电化学传感器作为一种新兴且功能强大的分析方法，因为其具有灵敏度高，检测限低
(LOD)
，无需外加电源以及结构简单易于微型化和集成化等优点近来备受关注
。
但是大多数自供能传感器存在着输出电压低
、
输出功率低
、
微放大电流大等缺陷，需要更复杂
、
更昂贵的仪器进行检测，从而限制了自供能传感器的发展
。
[0005]金属空气电池通过金属阳极和氧气发生氧化还原反应进行发电，其中，锌空气电池因其具有较高的能量密度
、
以环境中的氧气为燃料
、
成本低
、
环境友好等优点受到了人们越来越多的关注
。
如中国专利
CN116148322A
公开了将锌片作为阳极，
AgBr/CuBi2O4作为阴极，构建光辅助锌空气电池基自供能传感器，用于没食子酸检测
。WO3薄膜被广泛应用于光催化
、
电致变色
、
光致变色和气体传感等各个领域，但在电化学检测领域研究较少
。

技术实现思路

[0006]本专利技术通过组装
Zn
片和
WO3薄膜阴极，开发了一种新型的自供能传感器
。
基于
WO3薄膜的纳米多孔结构，可以提供较大的比表面积，实现信号放大，显著提高传感器的灵敏度
。
耦合
MC
‑
RR
适配体后，可以在电极上特异性捕获目标，增加空间位阻，从而实现对
MC
‑
RR
的灵敏检测
。
[0007]为达上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]一种锌
‑
空电池辅助增强的自供能电化学传感器的制备方法，以
WO3薄膜为基底材料，与特异性识别元件适配体共同修饰在氟掺杂氧化锡导电玻璃
(FTO)
导电面，具体步骤如下：
[0009](1)WO3晶种层的制备：在搅拌下，将浓盐酸逐滴加入到钨酸钠溶液中，生成淡黄色沉淀；离心收集沉淀，洗涤至中性；将产物溶于
H2O2中得到透明溶胶；将透明溶胶旋涂到清洗好的
FTO
导电玻璃上，
70℃
干燥
3min
后，以
2℃/min
的升温速率升温到
400℃
并保温
1h
，自然冷却后取出，得到含有
WO3晶种层的
FTO
导电玻璃
。
[0010]其中，钨酸钠溶液的摩尔浓度为
0.2
～
0.3mol/L
，浓盐酸的摩尔浓度为
12mol/L
，钨酸钠与浓盐酸的摩尔比为
1:9
～
10。
透明溶胶中钨酸的摩尔浓度为
0.6mol/L
；透明溶胶的旋涂量为
200
μ
L/cm2。
[0011](2)WO3薄膜的制备
[0012]在搅拌下，将浓盐酸加入到钨酸钠溶液中，生成淡黄色沉淀；离心收集沉淀，洗涤至中性；将产物用过氧化氢溶解后去离子水稀释得到钨酸溶液；将钨酸溶液
、
乙二醇
、
盐酸
、
去离子水按体积比
3:9:1:3
混合均匀的混合溶液；将步骤
(1)
得到的含有
WO3晶种层的
FTO
导电玻璃
WO3晶种层面向下浸入到混合液中，在
120℃
的烘箱中保温
2h
，自然冷却到室温，将
FTO
导电玻璃取出，依次用去离子水和无水乙醇清洗，在室温下自然晾干，即得含有
WO3薄膜层的电极
WO3/FTO。
[0013]其中，钨酸钠溶液的摩尔浓度为
0.2
～
0.3mol/L
，浓盐酸的摩尔浓度为
12mol/L
，钨酸钠与浓盐酸的摩尔比为
1:9
～
10。
钨酸溶液的摩尔浓度为
0.1mol/L
；盐酸的摩尔浓度为
3mol/L。
[0014](3)
锌
‑
空电池辅助增强的自供能电化学传感器的制备：
[0015]将
MC
‑
RR
适配体溶液滴涂于
WO3/FTO
表面，室温干燥过夜，即为
apta/WO3/FTO。
将
apta/WO3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种锌
‑
空电池辅助增强的自供能电化学传感器，其特征在于，包括以
WO3薄膜为基底材料与特异性识别元件适配体共同修饰在氟掺杂氧化锡导电玻璃导电面制得的
apta/WO3/FTO
为阴极，
Zn
片为阳极，和单室石英电解池组装成的自供能传感器
。2.
一种如权利要求1所述的锌
‑
空电池辅助增强的自供能电化学传感器的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)WO3晶种层的制备：在搅拌下，将浓盐酸逐滴加入到钨酸钠溶液中，生成淡黄色沉淀；离心收集沉淀，洗涤至中性；将产物溶于
H2O2中得到透明溶胶；将透明溶胶旋涂到清洗好的
FTO
导电玻璃上，
70℃
干燥
3min
后，以
2℃/min
的升温速率升温到
400℃
并保温
1h
，自然冷却后取出，得到含有
WO3晶种层的
FTO
导电玻璃；
(2)WO3薄膜的制备：在搅拌下，将浓盐酸加入到钨酸钠溶液中，生成淡黄色沉淀；离心收集沉淀，洗涤至中性；将产物用过氧化氢溶解后去离子水稀释得到钨酸溶液；将钨酸溶液
、
乙二醇
、
盐酸
、
去离子水按体积比
3:9:1:3
混合均匀得混合溶液；将步骤
(1)
得到的含有
WO3晶种层的
FTO
导电玻璃的
WO3晶种层向下浸入到混合液中，在
120℃
的烘箱中保温
2h
，自然冷却到室温，将
FTO
导电玻璃取出，依次用去离子水和无水乙醇清洗，在室温下自然晾干，即得
WO3/FTO
；
(3)
锌
‑
空电池辅助增强的自供能电化学传感器的制备：将
MC
‑
RR
适配体溶液滴涂于
WO3/FTO
表面，室温干燥，即为
apta/WO3/FTO
；将
apta/WO3/FTO
作为阴极，
Zn
片作为阳极，和单室石英电解池组装成自供能传感器
。3.
根据权利要求2所述的锌
‑
空电池辅助增强的自供能电化学传感器的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中，钨酸钠溶液的摩尔浓度为
0.2
～
0.3mol/L
，浓盐酸的摩尔浓度为
12mol/L
，钨酸钠与浓盐酸的摩尔比为
1:9
～
10<...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋鼎，汪千俊，杜晓娇，单学凌，王文昌，陈智栋，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：