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基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构的分子印迹光电化学传感器及其制备方法和应用技术

技术编号:19486582 阅读:88 留言:0更新日期:2018-11-17 11:29
本发明专利技术公开了一种基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构的分子印迹光电化学传感器及其制备方法和在Fumonisin B1(FB1)毒素方面的检测。本发明专利技术制备的传感器以氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构作为光电转换层,表面修饰含有毒素识别位点的分子印迹膜来实现FB1毒素的检测,其具有检测范围宽,灵敏度高,选择性好的优点。另外,本发明专利技术通过理论计算来确定异质结构材料的能带位置,并将分子印迹技术与光电化学相结合,最后将制备得到的传感器用于Fumonisin B1毒素的检测,检测限可达4.73pg·mL

【技术实现步骤摘要】
基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构的分子印迹光电化学传感器及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米材料、光电化学分析与环境监测、传感相结合
,具体涉及一种基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构的分子印迹光电化学传感器及其制备方法和应用。
技术介绍
伏马毒素主要由镰刀菌属物种生产,这些物种在农田中或粮食贮藏期间生长在农作物上,并且近几年发现FB1在其他食物如啤酒,葡萄酒,大米,粗面粉,高粱,小米或硬粒小麦面食存在,并且导致了许多疾病的产生,对食品安全和人体健康产生了巨大的威胁。因此,对FB1的检测方式的发展是迫切需要的。相比于高效液相色谱,薄层色谱法和液相色谱-质谱等传统检测方法,光电化学分析方法具有低背景和高选择性的优点,且成本较低,仪器操作简单且易携带,因此光电化学(PEC)分析技术在化学和生物学分析中显示出巨大的潜力。为了提高传感器的质量,一方面,光电转换层采用理论计算确定其异质结构,使电子空穴能够高效快速的分离,产生稳定的光电流;另一方面,这里将分子印迹技术与光电化学相结合,提高传感器对FB1毒素的选择性,从而达到高灵敏度的检测。基于此,本专利技术的用于FB1检测的基于氧化石墨烯和硫化镉量子点的分子印迹光电化学传感器就被制备出来。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构的分子印迹光电化学传感器及其制备方法和应用。为实现上述专利技术第一个目的,本专利技术提供以下技术方案:一种基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构的分子印迹光电化学传感器,所述传感器包括工作电极,以及依次涂覆在所述电极表面的基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构光电转换层和分子印迹聚合物膜层。进一步地,上述技术方案中所述的工作电极优选为ITO导电玻璃电极。本专利技术的另一个目的在于提供上述所述的基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构的分子印迹光电化学传感器的制备方法,所述方法包括如下步骤:(1)确定所述氧化石墨烯和硫化镉量子点的能带;(2)将含氧化石墨烯、硫化镉量子点和壳聚糖的均匀混合液滴涂在洁净的工作电极表面,干燥后形成基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构光电转换层;(3)将含有FB1毒素的分子印迹聚合液滴涂在所述异质结构光电转换层表面,通过光聚合形成分子印迹聚合物膜层,再利用乙醇溶液洗脱模板分子,制得本专利技术所述的基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构的分子印迹光电化学传感器。进一步地,上述技术方案步骤(1)所述的氧化石墨烯和硫化镉量子点的能带的确定具体是通过理论计算方法获得,具体方法如下:在二茂铁的无水乙腈溶液中,用循环伏安法扫描校正Ag/AgCl电极作为参比电极,在四丁基六氟磷酸铵的无水乙腈溶液中,通过循环伏安法得到氧化石墨烯和硫化镉量子点的起始氧化电位;再通过紫外可见光谱仪得到两种材料的第一激子峰波长,并通过公式IP=-(4.80-E1/2Fc/Fc++Eox),EA=IP+Eg;Eg=1240/λonset,和EHOMO=-(4.80-E1/2Fc/Fc++Eox),ELUMO=EHOMO+Eg计算得到能带位置,并设计出合理的异质结构。优选地,上述技术方案中所述的二茂铁的浓度为0.5mmol/L,所述四丁基六氟磷酸铵的浓度为0.1mol/L,循环伏安法扫描速度为50mV·s-1。进一步地,上述技术方案步骤(2)中干燥工艺优选为:干燥温度60℃,干燥时间2h。进一步地,上述技术方案步骤(2)中所述工作电极是依次采用丙酮,乙醇,超纯水超声洗涤进行清洁的。进一步地,上述技术方案步骤(2)中所述的含氧化石墨烯、硫化镉量子点和壳聚糖的均匀混合液的具体制备方法如下:分别将氧化石墨烯、壳聚糖、硫化镉量子点超声分散于水中,形成相应的水溶液,然后将壳聚糖水溶液和硫化镉量子点水溶液依次加入到氧化石墨烯水溶液中,超声分散均匀后制得所述的含氧化石墨烯、硫化镉量子点和壳聚糖的均匀混合液,其中,所述的氧化石墨烯与壳聚糖的质量比为2000:3,所述氧化石墨烯与硫化镉量子点的质量比为1:20。更进一步地,上述技术方案中所述的硫化镉量子点采用如下方法制备,包括如下步骤:采用水热合成的方法,首先将一定量的巯基乙酸加入到氯化镉溶液中搅拌均匀形成混合液;用氢氧化钠溶液调节所述混合液的pH=10,然后将混合液转移到三口圆底烧瓶并在氮气的氛围下加热至沸腾,回流30~40min,再将硫化钠溶液加入烧瓶中回流4~6h,最后将产物离心、洗涤,得到所述的硫化镉量子点。优选地,上述技术方案中所述的氯化镉浓度为0.02mol/L,所述的氢氧化钠浓度为2.0mol/L,所述的硫化钠浓度为0.02mol/L。更优选地,上述技术方案中所述的巯基乙酸、氯化镉、硫化钠的体积比为0.015:10:10。进一步地,上述技术方案步骤(3)所述的光聚合具体采用的是紫外光聚合,聚合时间优选为10min。进一步地,上述技术方案步骤(3)所述的模板洗脱时间优选为20min。进一步地,上述技术方案中所述的分子印迹聚合液由FB1模板分子、功能单体甲基丙烯酸(MAA)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)交联剂、偶氮二异丁腈(AIBN)引发剂组成。优选地,上述技术方案中所述的分子印迹聚合液体积为100μL。本专利技术的还一目的在于提供采用上述方法制得的基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构的分子印迹光电化学传感器的应用,可应用于FumonisinB1毒素的检测。另外,本专利技术还提供了上述所述的基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构的分子印迹光电化学传感器应用于检测FumonisinB1毒素的方法,所述方法包括如下步骤:(i)将所述分子印迹光电化学传感器浸入到含FB1的溶液中进行孵化;(ii)检测FB1异质结构分子印迹光电化学传感器的电信号,将所述传感器放入含有抗坏血酸(AA)的溶液中进行电流-时间扫描,得到电流信号变化情况。优选地,上述技术方案步骤(i)所述的孵化时间为15min。优选地,上述技术方案步骤(ii)所述的抗坏血酸浓度为0.04mol/L。与现有技术相比,本专利技术具有如下有益效果:(1)本专利技术所述的传感器以氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构作为光电转换层,表面修饰含有毒素识别位点的分子印迹膜来实现FB1毒素的检测,其具有检测范围宽,灵敏度高,选择性好的优点;(2)本专利技术将分子印迹技术与光电化学分析方法相结合,不仅提高了传感器的选择性,而且还起到了富集分析物的目的;(3)本专利技术通过理论计算得到氧化石墨烯和硫化镉量子点的能带位置,设计出合理的异质结构光电转换层,并通过制备得到增强和稳定的光电流的异质结构;(4)本专利技术的传感器在检测过程中采用较低的偏置电压,有效地避免了印迹膜被氧化,有利于保持传感器和信号的稳定,并且通过洗脱和培养,实现传感器的重复利用;(5)本专利技术的光电化学分析方法实现了对FB1的检测,采用的仪器廉价便携,传感器的制备方法简单易行,信号响应快速和具有较高的灵敏度,检测限达到4.73pg·mL-1;(6)本专利技术的光电化学分析方法可以用于实际样品检测,并且基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构的分子印迹光电化学传感器的制备方法的设计思路为开发相似类型的传感器用于识别其他目标分析物的检测提供了巨大帮助,具有很好的应用前景。附图说明图1为本专利技术制备传感器的原理示意图;图2为本专利技术实施例1硫本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构的分子印迹光电化学传感器,其特征在于:所述传感器包括工作电极,以及依次涂覆在所述电极表面的基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构光电转换层和分子印迹聚合物膜层。

【技术特征摘要】
1.一种基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构的分子印迹光电化学传感器,其特征在于:所述传感器包括工作电极,以及依次涂覆在所述电极表面的基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构光电转换层和分子印迹聚合物膜层。2.权利要求1所述的基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构的分子印迹光电化学传感器的制备方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:(1)确定所述氧化石墨烯和硫化镉量子点的能带;(2)将含氧化石墨烯、硫化镉量子点和壳聚糖的均匀混合液滴涂在洁净的工作电极表面,干燥后形成基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构光电转换层;(3)将含有FB1毒素的分子印迹聚合液滴涂在所述异质结构光电转换层表面,通过光聚合形成分子印迹聚合物膜层,再利用乙醇溶液洗脱模板分子,制得本发明所述的基于氧化石墨烯和硫化镉量子点异质结构的分子印迹光电化学传感器。3.根据权利要求2所述的分子印迹光电化学传感器的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述的氧化石墨烯和硫化镉量子点的能带的确定具体是通过理论计算方法获得,具体方法如下:在二茂铁的无水乙腈溶液中,用循环伏安法扫描校正Ag/AgCl电极作为参比电极,在四丁基六氟磷酸铵的无水乙腈溶液中,通过循环伏安法得到氧化石墨烯和硫化镉量子点的起始氧化电位;再通过紫外可见光谱仪得到两种材料的第一激子峰波长,并通过公式IP=-(4.80-E1/2Fc/Fc++Eox),EA=IP+Eg;Eg=1240/λonset,和EHOMO=-(4.80-E1/2Fc/Fc++Eox),ELUMO=EHOMO+Eg计算得到能带位置,并设计出合理的异质结构。4.根据权利要求3所述的分子印迹光电化学传感器的制备方法,其特征在于:所述的二茂铁的浓度为0.5mmol/L,所述四丁基六氟磷酸铵的浓度为0.1mol/L,循环伏安法扫描速度为50mV·s-1。5.根据权利要求2所述的分子印迹光电化学传感器的制备方法,其特征在于:...

【专利技术属性】
技术研发人员:张修华毛乐宝文为河汉平王升富
申请(专利权)人:湖北大学
类型:发明
国别省市:湖北,42

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