一种基于两种电化学方法联用的甲基对硫磷免疫传感器的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于功能纳米材料构建的具备电致化学发光和光电化学双重信号发达策略的生物免疫传感器的制备方法，所制备的传感器操作简单、携带方便、检测快、成本低，可用于日常生产、生活等领域的对甲基对硫磷的快速、灵敏检测。

Preparation method and application of methyl parathion immunosensor based on two electrochemical methods

The invention discloses a preparation method of biological immune sensor with electrochemiluminescence and photoelectrochemical dual signal developed strategy construction of functional nanomaterials based on the sensor operation preparation is simple, easy to carry, fast detection and low cost, can be used for daily production, life and other areas of methyl parathion the rapid and sensitive detection.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于检测甲基对硫磷的免疫传感器的制备方法及应用，属于新型纳米功能材料与电化学生物传感分析

技术介绍
甲基对硫磷是一种广谱性高毒杀虫剂，具有触杀、胃毒、熏蒸作用，并能渗透入植物体内。甲基对硫磷对昆虫作用很快，可用于防治棉花、苹果、柑桔、梨、桃等果树害虫及麦红蜘蛛等。在土壤中，甲基对硫磷可通过水的淋溶作用而稍向土壤深层迁移。土壤中的甲基对硫磷可以通过植物根部吸收而进入植物体内。人们误食这类植物或含有其残留物的植物后，甲基对硫磷能通过消化道、呼吸道及完整的皮肤和粘膜进入人体，会出现恶心、呕吐、头痛、泻肚、全身软弱无力等中毒初步症状，长期食用或过量食用会导致癌变。目前，检测甲基对硫磷的方法主要有色谱法、质谱法等。此类方法仪器贵重、操作复杂，化验人员需要专业培训后才能进行检测。因此，研发成本低、检测快、灵敏度高、特异性强的甲基对硫磷传感器具有重要意义。电化学生物传感分析技术由于操作简便、检测速度快等优势，日益得到人们的重视。目前，用于检测甲基对硫磷的电化学生物传感分析技术按照检测手段来分主要有电化学传感器、电致化学发光传感器和光电化学传感器三种。其中，电致化学发光传感器和光电化学传感器相对于电化学传感器，具有背景信号噪音少、灵敏度高、检测成本低等特点，近几年被越来越多的研究者所关注。电致化学发光也称为电化学发光，是指通过电化学方法在电极表面产生一些特殊的物质，这些物质之间或与体系中其他组分之间通过电子传递形成激发态，由激发态返回到基态产生发光现象。电致化学发光传感器即通过改变电极表面的修饰材料，与分析物产生电化学发光，在最优条件下，根据分析物浓度与电化学发光强度的相关变化实现对分析物的定性定量分析。光电化学传感器是基于外加光源激发光电敏感材料导致电子-空穴对进行分离，在合适的偏电位条件下，实现电子在电极、半导体及修饰物和分析物上的快速传递，并形成光电流。在最优条件下，分析物浓度的变化会直接影响光电流的大小，可以根据光电流的变化实现对分析物的定性定量分析。但是，由于电致化学发光传感器需要外置光信号捕捉设备如光电二极管等，而光电化学传感器需要外设光源来激发光电敏感材料，这在一定程度上影响了二者操作的便捷性，限制了他们在实际生产、生活中更为广泛的应用。因此，设计、制备更为简便、快捷的检测甲基对硫磷的电化学生物传感分析技术具有十分重要的实用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种操作简单、携带方便、检测快、成本低的甲基对硫磷传感器的制备方法，所制备的传感器，可用于日常生产、生活等领域的对甲基对硫磷的快速、灵敏检测。基于此目的，本专利技术在同一电解池中，采用四电极系统，即两个工作电极、一个对电极和一个参比电极，其中工作电极1采用镉掺杂的二硫化钼二维纳米材料Cd-MoS2和电聚合的鲁米诺进行修饰，作为电致化学发光工作电极W1，也作为自发光光源，工作电极2采用二氧化钛纳米粒子溶胶TiO2NPs和甲基对硫磷抗体进行修饰，作为光电化学工作电极W2。进行检测时，在电解池中加入固定浓度过氧化氢后，在W1上施加阶跃电压，由于Cd-MoS2的催化、增强和稳定发光的作用，鲁米诺与过氧化氢反应，产生电致化学发光，这便相当于“开灯”，当阶跃电压为0时，电致化学发光消失，这便相当于“关灯”，与此同时在W2上一直施加恒定电压，由于TiO2NPs会因为电致化学发光产生的发光激发导致电子-空穴对进行分离，标记在甲基对硫磷二抗上的辣根过氧化物酶HRP催化过氧化氢产生氧气，使过氧化氢成为空穴“给体”，从而在W2上得到光电流，当电致化学发光消失，即“关灯”时，光电流随即消失。由于在固定过氧化氢浓度的前提下，光电流大小与HRP浓度正相关，当被测物中甲基对硫磷浓度越大，当与一抗免疫结合到W2上时，再免疫结合标记有HRP的甲基对硫磷二抗的浓度就会越大，产生的光电流也就越大，因此通过记录光电流的大小即可实现对甲基对硫磷的检测。基于以上专利技术原理，本专利技术采用的技术方案如下：1.一种基于两种电化学方法联用的甲基对硫磷免疫传感器的制备方法，其特征在于，制备步骤为：（1）电致化学发光工作电极W1的制备：1）以ITO导电玻璃为工作电极，在电极表面滴涂镉掺杂的二硫化钼二维纳米材料Cd-MoS2溶液，覆盖面积为1cm×1cm，室温下晾干；2）将1）得到的工作电极，浸入电解液中，浸入面积为Cd-MoS2所覆盖的面积，利用三电极系统对工作电极进行电化学沉积，沉积后取出工作电极，使用超纯水清洗，4℃下避光干燥，制得电致化学发光工作电极W1；所述的镉掺杂的二硫化钼二维纳米材料Cd-MoS2溶液为Cd-MoS2的水溶液，所述的Cd-MoS2为掺杂有镉离子的二硫化钼二维纳米材料，所述的二维纳米材料为纸片状，厚度约为10~20nm，所述的Cd-MoS2的制备方法为：将0.005~0.01g氯化镉CdCl2、2~6mL的0.1mol/L抗坏血酸溶液、0.5~1.5mL的钼酸钠Na2MoO4溶液和0.01~0.03g硫化钠Na2S，混合并搅拌15分钟后，放入反应釜中，在150~220℃下，反应12~16小时；冷却至室温后，使用去离子水离心洗涤，在40℃下进行真空干燥，即制得镉掺杂的二硫化钼二维纳米材料Cd-MoS2，将其溶于去离子水制得Cd-MoS2溶液；所述的电解液为含有鲁米诺的硫酸溶液，所述的电解液中鲁米诺的浓度为1~10mmol/L，硫酸浓度为0.1~1.0mol/L；所述的三电极系统，包括工作电极、参比电极和对电极，所述的参比电极为饱和甘汞电极，所述的对电极为铂丝电极；所述的电化学沉积过程，采用的电化学方法为循环伏安法，起始电压为-0.2V，终止电压为1.5V，扫速为100mv/s，循环20~30圈；（2）光电化学工作电极W2的制备：1）以ITO导电玻璃为工作电极，在电极表面滴涂8~12μL二氧化钛纳米粒子溶胶TiO2NPs，室温下晾干；2）将1）中得到的工作电极放入马弗炉中，在450℃下进行退火处理，处理后冷却至室温；3）将2）中得到的工作电极表面滴涂8~12μL甲基对硫磷抗体溶液，4℃下干燥，干燥后用超纯水清洗，4℃下干燥，制得光电化学工作电极W2；所述的TiO2NPs为1mg/mL的二氧化钛纳米粒子水溶液；所述的甲基对硫磷抗体溶液的浓度为300μg/mL；（3）基于两种电化学方法联用的甲基对硫磷免疫传感器的制备方法：1）将W1和W2面面相对插入电解池中，W1与W2间距为0.5cm~1.5cm；2）以Ag/AgCl为参比电极RE、铂丝电极为对电极CE，插入电解池中，与W1和W2共同组成四电极系统；3）在电解池中加入10mLpH值为11~13的NaOH溶液和0.2mL浓度为1mmol/L的过氧化氢溶液；4）将1）~3）所制得四电极系统以及电解池置于暗盒中，即制得基于两种电化学方法联用的甲基对硫磷免疫传感器。2.根据技术方案1所述的制备方法所制备的甲基对硫磷免疫传感器应用于甲基对硫磷的检测，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于两种电化学方法联用的甲基对硫磷免疫传感器的制备方法，其特征在于，制备步骤为：（1）电致化学发光工作电极W1的制备：1）以ITO导电玻璃为工作电极，在电极表面滴涂镉掺杂的二硫化钼二维纳米材料Cd‑MoS2溶液，覆盖面积为1 cm × 1 cm，室温下晾干；2）将1）得到的工作电极，浸入电解液中，浸入面积为Cd‑MoS2所覆盖的面积，利用三电极系统对工作电极进行电化学沉积，沉积后取出工作电极，使用超纯水清洗，4 ℃下避光干燥，制得电致化学发光工作电极W1；所述的镉掺杂的二硫化钼二维纳米材料Cd‑MoS2溶液为Cd‑MoS2的水溶液，所述的Cd‑MoS2为掺杂有镉离子的二硫化钼二维纳米材料，所述的二维纳米材料为纸片状，厚度约为10~20 nm；所述的电解液为含有鲁米诺的硫酸溶液，所述的电解液中鲁米诺的浓度为1~10mmol/L，硫酸浓度为0.1~1.0 mol/L；所述的三电极系统，包括工作电极、参比电极和对电极，所述的参比电极为饱和甘汞电极，所述的对电极为铂丝电极；所述的电化学沉积过程，采用的电化学方法为循环伏安法，起始电压为‑0.2 V，终止电压为1.5 V，扫速为100 mv/s，循环20~30圈；（2）光电化学工作电极W2的制备：1）以ITO导电玻璃为工作电极，在电极表面滴涂8~12 µL 二氧化钛纳米粒子溶胶TiO2 NPs，室温下晾干；2）将1）中得到的工作电极放入马弗炉中，在450 ℃下进行退火处理，处理后冷却至室温；3）将2）中得到的工作电极表面滴涂8~12 µL甲基对硫磷抗体溶液，4 ℃下干燥，干燥后用超纯水清洗，4 ℃下干燥，制得光电化学工作电极W2；所述的TiO2 NPs为1 mg/mL 的二氧化钛纳米粒子水溶液；所述的甲基对硫磷抗体溶液的浓度为300 µg/mL；（3）基于两种电化学方法联用的甲基对硫磷免疫传感器的制备方法：1）将W1和W2面面相对插入电解池中，W1与W2间距为0.5 cm~1.5 cm；2）以Ag/AgCl为参比电极RE、铂丝电极为对电极CE，插入电解池中，与W1和W2共同组成四电极系统；3）在电解池中加入10 mL pH值为11~13的NaOH溶液和0.2 mL 浓度为1 mmol/L的过氧化氢溶液；4）将1）~3）所制得四电极系统以及电解池置于暗盒中，即制得基于两种电化学方法联用的甲基对硫磷免疫传感器。...

【技术特征摘要】
1.一种基于两种电化学方法联用的甲基对硫磷免疫传感器的制备方法，其特征在于，制备步骤为：
（1）电致化学发光工作电极W1的制备：
1）以ITO导电玻璃为工作电极，在电极表面滴涂镉掺杂的二硫化钼二维纳米材料Cd-MoS2溶液，覆盖面积为1cm×1cm，室温下晾干；
2）将1）得到的工作电极，浸入电解液中，浸入面积为Cd-MoS2所覆盖的面积，利用三电极系统对工作电极进行电化学沉积，沉积后取出工作电极，使用超纯水清洗，4℃下避光干燥，制得电致化学发光工作电极W1；
所述的镉掺杂的二硫化钼二维纳米材料Cd-MoS2溶液为Cd-MoS2的水溶液，所述的Cd-MoS2为掺杂有镉离子的二硫化钼二维纳米材料，所述的二维纳米材料为纸片状，厚度约为10~20nm；
所述的电解液为含有鲁米诺的硫酸溶液，所述的电解液中鲁米诺的浓度为1~10mmol/L，硫酸浓度为0.1~1.0mol/L；
所述的三电极系统，包括工作电极、参比电极和对电极，所述的参比电极为饱和甘汞电极，所述的对电极为铂丝电极；
所述的电化学沉积过程，采用的电化学方法为循环伏安法，起始电压为-0.2V，终止电压为1.5V，扫速为100mv/s，循环20~30圈；
（2）光电化学工作电极W2的制备：
1）以ITO导电玻璃为工作电极，在电极表面滴涂8~12μL二氧化钛纳米粒子溶胶TiO2NPs，室温下晾干；
2）将1）中得到的工作电极放入马弗炉中，在450℃下进行退火处理，处理后冷却至室温；
3）将2）中得到的工作电极表面滴涂8~12μL甲基对硫磷抗体溶液，4℃下干燥，干燥后用超纯水清洗，4℃下干燥，制得光电化学...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，邓保军，庞雪辉，任祥，魏琴，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37