一种基于硅酞菁功能化的TiO2介观晶体的黄曲霉毒素光电化学检测方法技术

本发明专利技术公开一种基于硅酞菁功能化的TiO2介晶的黄曲霉毒素光电化学检测方法，该方法利用碳纳米角与碳量子点所构成的新型碳纳米复合材料作为传感器支架；引入树形硅酞菁染料功能化的准八面体TiO2介观晶体作为生物探针，实现对黄曲霉毒素的高灵敏检测。CNHs及CQDs所构成的新型碳纳米复合材料具有优良的光电性能；SiPcs功能化的QOTM相比于单独的QOTM具有更优良的光电流响应和稳定性；这种免疫传感器使得标准的AFB1和标记的AFB1在与AFB1抗体特异性结合的过程中互相竞争，目标物浓度与光电流强度在10‑6~102ng/ml范围内成线性；为小分子物质的超灵敏检测提供了一个通用的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新型功能材料与生物传感检测
，具体涉及一种硅酞菁功能化的TiO2介晶的黄曲霉毒素光电化学检测方法。
技术介绍
霉菌毒素是目前广泛存在于食品和饲料中的由真菌产生的有毒次级代谢产物，。霉菌毒素对人体健康有害，可能会诱使基因突变、产生免疫抑制或引发肝癌等疾病；黄曲霉毒素B1（AFB1）是最常见的高毒性真菌毒素，位列国际癌症研究机构所提出的I类致癌物中。欧洲对于黄曲霉毒素在食品中的最高含量不超过2ng/g，中国和美国不超过20ng/g；为监测AFB1的污染程度，人们已经通过电化学法、酶联免疫吸附检测法（ELISA）、UHPLC-MS/MS法、电化学发光法（ECL）和荧光共振能量转移法等进行了大量的研究；然而，专利技术一种能够在低浓度下快速、准确、低成本侦测AFB1的传感技术依然是紧急而重要的。这种新型的光电化学研究方法因其所具有的灵敏度高、响应时间短和检测仪器简单等特点而具有很大潜力，甚至被视作下一代检测平台。这种基于光电流随目标物浓度改变而改变原理的分析方法已经成为了在食品安全，环境监测和临床诊断等领域的一种有效途径。通常，此方法由三明治型和竞争型PEC检测模式构成。尽管三明治型检测平台具有特异性好和灵敏度高的优点，但也存在光吸收率低、孵化时间长和由两个相匹配抗体导致的试剂消耗量大的缺点；此外，在小分子检测方面，竞争型检测模式会更好，因为目标分析物将会在其与标记抗原/半抗原竞争的过程中而被监测到。通常，主要是用被标记的能和底物发生氧化还原反应的酶构建探针组件来检测响应；但其中也存在一些缺点，如可重复性差、传感器制备成本高，电荷转移的阻碍和长时间的实验和临床试验的稳定性差等；一种有前景的方法是合成一种可以代替酶来克服这些缺点并能扩展PEC免疫分析应用范围的有效标记物。TiO2纳米材料因其独特的光催化活性、无毒性，优异的化学和物理稳定性，使其成为光催化和光电化学传感器的理想材料。二氧化钛的性能一般受晶型、晶粒大小、晶面、结晶度、比表面积、微结构等的影响。TiO2介管晶体是晶体亚单元有序排列构成的，相比于传统的TiO2单晶，TiO2介晶具有更加优良的太阳能转换和催化性能，能显著提高PEC性能。然而，TiO2禁带宽度较大，只能被紫外光激发，因此在可见光区光电转换效率较低。高电荷的共轭聚电解质（CP）由于大的吸收截面和良好的光稳定性可以轻易地组装在传感平台来满足高通量检测方法；本专利技术用碳纳米复合材料作为传感器支架，具有优良的光电性能，加强光电流，用QOTM@SiPcs标记的AFB1作为生物探针，由于QOTM和SiPcs有着相似的能级价带可以快速运输电子，明显增加光电流；随着目标分析物浓度的增加，QOTM@SiPcs标记的AFB1特异性结合到anti-AFB1上的含量越少，光电流逐渐降低；光电流信号和黄曲霉毒素B1在一定范围内呈线性关系，可以高灵敏检测黄曲霉毒素B1。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是基于硅酞菁功能化的TiO2介晶的黄曲霉毒素光电化学检测传感器的制备。本专利技术的目的之二是将该光电化学传感器应用于黄曲霉毒素B1的高灵敏检测。为实现专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：(1)GCE的预处理：GCE首先在铺有氧化铝粉末的麂皮上机械打磨抛光，用二次水洗去表面残留粉末，再移入超声水浴中清洗，直至清洗干净，最后依序用乙醇，稀酸和水彻底洗涤；(2)GCE/CNHs/CQDs/anti-AFB1/AFB1-QOTM@SiPcs修饰电极的制备：1)将3μL浓度为3mg/mL的碳纳米角（CNHs）均匀涂于干净的玻碳电极表面，红外灯下干燥并冷却至室温；2)将3μL浓度为0.5wt%的的羧甲基纤维素钠（CMC）滴于CNHs修饰电极上放置40分钟，将3μL碳量子点（CQDs）修饰于该修饰电极上并在红外灯下干燥，然后冷却至室温，得到GCE/CNHs/CQDs电极；3)将10μL浓度为10mM的1-乙基-3-(3-二甲基-1-氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐(EDC)和10μL浓度为20mM的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的水溶液滴于GCE/CNHs/CQDs电极表面，保持温度为4ºC在黑暗中放置1小时，随后将修饰电极浸入10mg/mL黄曲霉毒素B1抗体（anti-AFB1）溶液，在4℃下孵育1h，随后将电极浸入5μL浓度为1.0wt.%的BSA1h，封闭电极表面上非特异性活性位点，得到修饰电极GCE/CNHs/CQDs/anti-AFB1；4)将修饰电极GCE/CNHs/CQDs/anti-AFB1浸入到含有不同浓度的标准黄曲霉毒素B1（AFB1）与树形硅酞菁染料（SiPcs）功能化的准八面体TiO2介观晶体(QOTM@SiPcs)标记的AFB1混合液中来促进竞争过程的进行,得到GCE/CNHs/CQDs/anti-AFB1/AFB1-QOTM@SiPcs修饰的电极；(3)黄曲霉毒素B1的测定：采用三电极体系进行测定，以GCE/CNHs/CQDs/anti-AFB1/AFB1-QOTM@SiPcs修饰电极为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，铂丝电极为对电极，利用光电化学工作站进行检测，设置电压为0V，每隔10s进行开关灯，氙灯发射的单色光激发光源使用前由单色仪过滤；在pH8.0的PBS缓冲溶液中，通过光电化学工作站进行检测10-6ng/mL–102ng/mL一系列不同溶度的AFB1标准溶液，通过记录开关灯前后产生的不同电流信号，绘制工作曲线；待测样品溶液代替AFB1标准溶液进行检测，检测的结果可通过工作曲线查得。上述碳量子点（CQDs）由下述方法制备的：先将1g4L-半胱氨酸加入烧杯内，然后将烧杯转移至电炉上,在280ºC下加热5分钟，将烧杯冷却至室温，向烧杯中加入超纯水并以8000转/分钟的速度离心分离5分钟得到最终产物,旋转蒸发收集其上清液。上述树形硅酞菁染料（SiPcs）功能化的准八面体TiO2介观晶体(QOTM@SiPcs)生物探针由下述方法制备的：(1)二戊基羧酸SiPcs的制备：将0.20gSiPcCl2、0.14g无水K2CO3和0.5mL己酸置于30ml甲苯溶剂中在110ºC下回流48小时；然后将反应混合物冷却至室温并将溶剂减压蒸发至干，随后将液体产物置于索氏提取器中用二氯甲烷纯化24小时，被提取的物质重结晶后用体积比为1：1的甲醇和去离子水的混合液淋洗，然后重新溶解于二氯甲烷中；(2)准八面体TiO2介观晶体（QOTM）的制备：1）1.2克的锐钛矿型TiO2溶解于60mL18MKOH中，搅拌20分钟后，将悬浮液移入一个100毫升的聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜内；密封反应器，维持反应温度为170ºC反应72小时，冷却到室温；然后，用0.1MH2SO4溶液洗涤沉淀至沉淀pH值为2.5，沉淀离心后在65ºC下干燥12小时得到产物钛酸纳米线.；2）取80mg钛酸纳米线溶解于30mL的1MH2SO4溶液中，在70ºC下搅拌7天，离心分离得到产物；用去离子水和无水乙醇洗涤产物并在70ºC下干燥12h；(3)AFB1-QOTM@SiPcs探针的制备：将30ul二戊基羧酸SiPcs（树形SiPcs）加入到10ul浓度为10mg/L的QOTM中等待1小时使其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于硅酞菁功能化的TiO2介晶的黄曲霉毒素光电化学检测方法，其特征在于，包括以下步骤：玻碳电极（GCE）的预处理：GCE首先在铺有氧化铝粉末的麂皮上机械打磨抛光，用二次水洗去表面残留粉末，再移入超声水浴中清洗，直至清洗干净，最后依序用乙醇，稀酸和水彻底洗涤；GCE/CNHs/CQDs/anti‑AFB1/AFB1‑QOTM@SiPcs修饰电极的制备：1) 将3 μL 浓度为3 mg/mL的碳纳米角（CNHs）均匀涂于干净的玻碳电极表面，红外灯下干燥并冷却至室温；2) 将3μL 浓度为0.5wt%的的羧甲基纤维素钠（CMC） 滴于CNHs修饰电极上放置40分钟，将3μL碳量子点（CQDs）修饰于该修饰电极上并在红外灯下干燥，然后冷却至室温，得到GCE/CNHs/CQDs电极；3) 将10 μL 浓度为10 mM 的1‑乙基‑3‑(3‑二甲基‑1‑氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐(EDC) 和10 μL浓度为20 mM 的N‑羟基琥珀酰亚胺(NHS)的水溶液滴于GCE/CNHs/CQDs 电极表面，保持温度为4ºC 在黑暗中放置1小时， 随后将修饰电极浸入10mg/mL黄曲霉毒素B1抗体（anti‑AFB1）溶液，在4℃下孵育1h，随后将电极浸入5μL 浓度为1.0 wt.%的BSA 1 h，封闭电极表面上非特异性活性位点，得到修饰电极GCE/CNHs/CQDs/anti‑AFB1；4) 将修饰电极GCE/CNHs/CQDs/anti‑AFB1浸入到含有不同浓度的标准黄曲霉毒素B1（AFB1）与树形硅酞菁染料（SiPcs）功能化的准八面体TiO2介观晶体(QOTM@SiPcs)标记的AFB1混合液中来促进竞争过程的进行,得到GCE/CNHs/CQDs/anti‑AFB1/AFB1‑QOTM@SiPcs修饰的电极；黄曲霉毒素B1的测定：采用三电极体系进行测定，以GCE/CNHs/CQDs/anti‑AFB1/AFB1‑QOTM@ SiPcs修饰电极为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，铂丝电极为对电极，利用光电化学工作站进行检测，设置电压为0V，每隔10s进行开关灯，氙灯发射的单色光激发光源使用前由单色仪过滤；在pH 8.0的 PBS缓冲溶液中，通过光电化学工作站进行检测10‑6 ng/mL–102ng/mL一系列不同溶度的AFB1标准溶液，通过记录开关灯前后产生的不同电流信号，绘制工作曲线；待测样品溶液代替AFB1标准溶液进行检测，检测的结果通过工作曲线查得。...

【技术特征摘要】
1.一种基于硅酞菁功能化的TiO2介晶的黄曲霉毒素光电化学检测方法，其特征在于，包括以下步骤：玻碳电极（GCE）的预处理：GCE首先在铺有氧化铝粉末的麂皮上机械打磨抛光，用二次水洗去表面残留粉末，再移入超声水浴中清洗，直至清洗干净，最后依序用乙醇，稀酸和水彻底洗涤；GCE/CNHs/CQDs/anti-AFB1/AFB1-QOTM@SiPcs修饰电极的制备：1)将3μL浓度为3mg/mL的碳纳米角（CNHs）均匀涂于干净的玻碳电极表面，红外灯下干燥并冷却至室温；2)将3μL浓度为0.5wt%的的羧甲基纤维素钠（CMC）滴于CNHs修饰电极上放置40分钟，将3μL碳量子点（CQDs）修饰于该修饰电极上并在红外灯下干燥，然后冷却至室温，得到GCE/CNHs/CQDs电极；3)将10μL浓度为10mM的1-乙基-3-(3-二甲基-1-氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐(EDC)和10μL浓度为20mM的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的水溶液滴于GCE/CNHs/CQDs电极表面，保持温度为4ºC在黑暗中放置1小时，随后将修饰电极浸入10mg/mL黄曲霉毒素B1抗体（anti-AFB1）溶液，在4℃下孵育1h，随后将电极浸入5μL浓度为1.0wt.%的BSA1h，封闭电极表面上非特异性活性位点，得到修饰电极GCE/CNHs/CQDs/anti-AFB1；4)将修饰电极GCE/CNHs/CQDs/anti-AFB1浸入到含有不同浓度的标准黄曲霉毒素B1（AFB1）与树形硅酞菁染料（SiPcs）功能化的准八面体TiO2介观晶体(QOTM@SiPcs)标记的AFB1混合液中来促进竞争过程的进行,得到GCE/CNHs/CQDs/anti-AFB1/AFB1-QOTM@SiPcs修饰的电极；黄曲霉毒素B1的测定：采用三电极体系进行测定，以GCE/CNHs/CQDs/anti-AFB1/AFB1-QOTM@SiPcs修饰电极为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，铂丝电极为对电极，利用光电化学工作站进行检测，设置电压为0V，每隔10s进行开关灯，氙灯发射的单色光激发光源使用前由单色仪过滤；在pH8.0的PBS缓冲溶液中，通过光电化学工作站进行检测10-6ng/mL–102ng/mL一系列不同溶度的AFB1标准溶液，通过记录开关灯前后产生的不同电流信号，绘制工作曲线；待测样品溶液代替AFB1标准溶液进行检测，检测的结果通过工作曲线查得。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碳量子点（CQDs）由下述方法制备的：先将1g4L-半胱氨酸加入到烧杯内，然后将烧杯转移至电炉上，在280ºC下加热5分钟，将烧杯冷却至室温，向烧杯中加入超纯水并以8000转/分钟的速度离心分离5分钟得到最终产物,旋转蒸发收集其上清液。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的树形硅酞菁染料（SiPcs）功能化的准八面体TiO2介观晶体(QOTM@SiPcs)生物探针由下述方法制备的：二戊基羧酸SiPcs的制备：将0.20gSiPcCl2、0.14g无水K2CO3和0.5mL己酸置于30ml甲苯溶剂中在110ºC下回流48小时；然后将反应混合物冷却至室温并将溶剂减压蒸发至干，随后将液体产物置于索氏提取器中用二氯甲烷纯化24小时，被提取的物质重结晶后用体积比为1：1的甲醇和去离子水的混合液淋洗，然后重新溶解于二氯甲烷中；准八面体TiO2介观晶体（QOTM）的制备：1）1.2克的锐钛矿型TiO2溶解于60mL18MKOH中，搅拌20分钟后，将悬浮液移入一个100毫升的聚四氟乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴宏，刘楠囡，高利红，林燕语，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建;35