【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及硝酸盐生物电化学检测方法，具体是涉及一种in2o3/in2s3光阳极驱动的硝酸盐生物电化学检测传感器以及检测方法。
技术介绍
1、硝酸盐广泛地存在于水体、土壤环境中。近年来，工业生产过程大量排放含氮污染物、含氮废气，农业中大量施用人工化肥，这些有毒有害物质被雨水淋溶分解后，在自然条件下均可以形成硝酸盐，进而造成地表水和地下水的严重污染。因此，对硝酸盐的高灵敏检测是十分有必要的。
2、目前，硝酸盐的常规检测方法有分光光度法、荧光法、化学发光法、色谱法、电化学方法等，然后上述测定方法需要昂贵的处理设备，测定过程复杂繁琐、且检测成本高昂。这些缺陷限制和阻碍了对环境中硝酸盐实现原位监测。因此，建立准确、灵敏的硝酸盐原位快速检测方法具有重要意义。
3、近年来，有报道采用生物电化学传感器对硝酸盐进行检测。基于电活性微生物的电化学传感器作为一种新兴的检测技术，具有无需复杂的样品预处理、可以实现在线连续监测、检测信号转化简单等优势，当前已经可以对很多环境有毒污染物实现高效的检测。但是，该方法仍需要有专门的电化学工作站供能才能实现高灵敏的检测，极大地限制了生物电化学传感器的实际应用。然而生物电化学传感器完成其传感过程通常来说需要的能量并不多，环境中有很多能量，如太阳能、电磁波、生物质能等，均能满足该能量需求。
4、太阳能是清洁可持续能源，可以通过半导体激发产生电子，提供氧化还原所需的能量。因此可以开发一种光驱动的生物电化学传感系统，通过反应体系的电流变化来实现硝酸盐快速高效检测。因此，本专利技术基
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的检测操作复杂，检测成本高，难以实际应用等复杂的问题，本专利技术提出了一种in2o3/in2s3光阳极驱动的硝酸盐生物电化学检测传感器以及检测方法，利用光阳极驱动生物阴极，将含有硝酸盐的样品加入到生物电化学传感器的反应液中，检测电流值的变化；根据硝酸盐的浓度变化和电流响应值变化之间的线性关系来计算测定样品中硝酸盐的浓度，从而实现对环境样品中硝酸盐的定量检测。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
3、一种in2o3/in2s3光阳极驱动的硝酸盐生物电化学检测传感器，以in2o3/in2s3异质结作为光阳极激发产生电子，驱动以希瓦氏菌作为识别元件构建的生物阴极，从而构建硝酸盐生物电化学检测传感器；将含有硝酸盐的样品加入到生物电化学传感器的反应液中，检测电流值的变化，根据硝酸盐的浓度变化和电流响应值变化之间的线性关系来计算测定样品中硝酸盐的浓度，实现硝酸盐的生物电化学检测。
4、作为本专利技术的优选技术方案，所述in2o3/in2s3异质结的制备步骤为：
5、(1)将掺杂氟的sno2透明导电玻璃(fto)分别在乙醇和去离子水中超声清洗多次，然后烘干；
6、(2)将0.5-1.5g in(no3)3和0.1-0.5g nano3溶于适量去离子水中，超声分散均匀；然后转移至高压反应釜中，将fto玻璃放置在反应釜底部，暴露一定面积供产物负载；将反应釜密封并放入烘箱内于120-160℃下保持5-12h；反应结束后冷却至室温，用去离子水冲洗几次，然后烘干；
7、(3)然后放入马弗炉中，升温至450-550℃进行烘烧5-10h，得到负载于fto上的in2o3；
8、(4)将制备好的in2o3与20-40mg硫代乙酰胺和适量甲醇的混合溶液一起置于反应釜中，将反应釜密封并放入烘箱内于120-160℃下保持1-6h；反应结束后冷却至室温，用去离子水和无水乙醇洗涤数次，然后烘干得到负载于fto上的in2o3/in2s3异质结。
9、本专利技术还提出了基于生物电化学检测传感器检测硝酸盐的方法，步骤如下：
10、(1)将希瓦氏菌(shewanella oneidensis mr-1)接种至lb液体培养基，过夜培养活化菌体，获得希瓦氏菌液；将希瓦氏菌菌液离心后的沉淀加入到反应缓冲溶液中，然后加至双室电池的阴极室中，插入商用碳布制得生物阴极；
11、(2)双室电池的阳极室使用in2o3/in2s3异质结作为光阳极，连接信号检测系统，组成光驱动的生物电化学传感器；
12、(3)在步骤(2)得到的生物电化学传感器的光阳极上施加光照，待电流输出稳定后，向三电极系统中加入希瓦氏菌的电子中介体；
13、(4)待电流输出稳定，向三电极系统的生物阴极加入希瓦氏菌的电子受体(即硝酸盐)，检测并记录电流变化值；根据硝酸盐的浓度变化和电流响应值变化之间的线性关系来计算测定样品中硝酸盐的浓度，实现硝酸盐的生物电化学检测。
14、作为本专利技术的优选技术方案，该检测方法中：
15、步骤(1)采用的希瓦氏菌(shewanella oneidensis mr-1)购自美国模式菌种保藏中心(atcc)；将保存的希瓦氏菌接种至lb培养基，温度30℃、震荡转数200rpm培养12h，获得菌液；将菌液5000rpm离心，取沉淀加入到缓冲溶液中，其od600值控制在1.5，溶液总体积为80ml。
16、步骤(2)中阳极室电解液使用0.1m na2so3溶液，体积为80ml；阳极和阴极以质子交换膜分隔，双室有效体积均为80ml。信号检测系统仅由记录电流输出的仪器组成，无需控制电位的仪器，采用电化学工作站chi760e(上海辰华仪器有限公司)作为信号检测系统，电化学方法采用计时电流法。
17、步骤(3)中使用led冷光源作为光源对阳极进行持续照射。添加的希瓦氏菌电子中介体为1-羟基吩嗪、绿脓菌素或pca，加入后控制其在体系中浓度为2μm。
18、步骤(4)中生物电化学传感器的输出电流达到稳定后向生物阴极加入电子受体，加入传感器中的溶液体积为电解液体积的1‰；向生物阴极中加入电子受体后电流发生响应，记录电流变化值。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果表现在：
20、1、本专利技术使用led冷光源为光源，商用碳布与希瓦氏菌(shewanella oneidensismr-1)和m9缓冲溶液组成的反应液体系作为生物阴极，采用具有纳米花状结构的in2o3/in2s3异质结作为光阳极。该系统利用光阳极驱动生物阴极，将含有硝酸盐的样品加入到生物电化学传感器的反应液中，检测电流值的变化；根据硝酸盐的浓度变化和电流响应值变化之间的线性关系来计算测定样品中硝酸盐的浓度。
21、2、本专利技术构建的系统无需电压控制仪器，使用简单的电化学仪器来记录电流变化即可达到检测目的，因此，相较于传统的生物电化学传感器，它具有便捷、成本低廉等优点；由于硝酸盐形成的电流响应变化是和电化学反应转移的电子数是直接相关的，因此该检测方法能够达到高的灵敏度和稳定性，在水体，土壤环境，工业生产以及场地的硝酸盐检测方面具有重大的实际应用价值。同时，该检测方法不依赖大型仪器设备，检测成本低、操作简单、准确性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种In2O3/In2S3光阳极驱动的硝酸盐生物电化学检测传感器，其特征在于，以In2O3/In2S3异质结作为光阳极激发产生电子，驱动以希瓦氏菌作为识别元件构建的生物阴极，从而构建硝酸盐生物电化学检测传感器；将含有硝酸盐的样品加入到生物电化学传感器的反应液中，检测电流值的变化，根据硝酸盐的浓度变化和电流响应值变化之间的线性关系来计算测定样品中硝酸盐的浓度，实现硝酸盐的生物电化学检测。
2.如权利要求1所述的硝酸盐生物电化学检测传感器，其特征在于，所述In2O3/In2S3异质结的制备步骤为：
3.利用如权利要求1所述生物电化学检测传感器检测硝酸盐的方法，其特征在于，步骤如下：
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)采用的希瓦氏菌(Shewanellaoneidensis MR-1)购自美国模式菌种保藏中心(ATCC)；将保存的希瓦氏菌接种至LB培养基，温度30℃、震荡转数200rpm培养12h，获得菌液；将菌液5000rpm离心，取沉淀加入到缓冲溶液中，其OD600值控制在1.5，溶液总体积为80mL。
5.如权利
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中信号检测系统仅由记录电流输出的仪器组成，无需控制电位的仪器，采用电化学工作站CHI760E作为信号检测系统，电化学方法采用计时电流法。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(3)中使用LED冷光源作为光源对阳极进行持续照射。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(3)中添加的希瓦氏菌电子中介体为1-羟基吩嗪、绿脓菌素或PCA，加入后控制其在体系中浓度为2μM。
9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(4)中生物电化学传感器的输出电流达到稳定后向生物阴极加入电子受体，加入传感器中的溶液体积为电解液体积的1‰；向生物阴极中加入电子受体后电流发生响应，记录电流变化值。
...【技术特征摘要】
1.一种in2o3/in2s3光阳极驱动的硝酸盐生物电化学检测传感器，其特征在于，以in2o3/in2s3异质结作为光阳极激发产生电子，驱动以希瓦氏菌作为识别元件构建的生物阴极，从而构建硝酸盐生物电化学检测传感器；将含有硝酸盐的样品加入到生物电化学传感器的反应液中，检测电流值的变化，根据硝酸盐的浓度变化和电流响应值变化之间的线性关系来计算测定样品中硝酸盐的浓度，实现硝酸盐的生物电化学检测。
2.如权利要求1所述的硝酸盐生物电化学检测传感器，其特征在于，所述in2o3/in2s3异质结的制备步骤为：
3.利用如权利要求1所述生物电化学检测传感器检测硝酸盐的方法，其特征在于，步骤如下：
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)采用的希瓦氏菌(shewanellaoneidensis mr-1)购自美国模式菌种保藏中心(atcc)；将保存的希瓦氏菌接种至lb培养基，温度30℃、震荡转数200rpm培养12h，获得菌液；将菌液5000rpm离心，取沉淀加入到缓冲溶液中，其...
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