一种钴镍双金属硫化物有机磷农药生物传感器及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种钴镍双金属硫化物有机磷农药生物传感器及其制备方法，包括碳糊电极和乙酰胆碱酯酶层，所述的碳糊电极表面的修饰层由内至外依次为Nafion‑NiCo2S4层、乙酰胆碱酯酶层和Nafion层；所述的NiCo2S4的制备方法为：以可溶性镍盐、可溶性钴盐溶解在含有阳离子表面活性剂的乙二醇中，通过溶剂热法制得钴镍双金属硫化物。本发明专利技术的生物传感器酶的固载能力好，具有高灵敏度和高稳定性。达到将乙酰胆碱酯酶固定在电极表面，从而构建有机磷农药生物传感器，该生物传感器可用于甲基对硫磷和对氧磷的检测。

Cobalt nickel bimetallic sulfide organic phosphorus pesticide biosensor and preparation method thereof

The invention provides a double metal cobalt and nickel sulfide organic phosphorus pesticide biosensor and its preparation method, including carbon paste electrode and acetylcholinesterase layer, surface modified carbon paste electrode layer from the inside to the outside of the order of Nafion NiCo2S4 layer and Nafion layer, acetylcholinesterase; the preparation method comprises the steps of NiCo2S4 the soluble nickel salt, cobalt salt soluble cationic surfactant containing dissolved in ethylene glycol by solvothermal method, double metal sulfide cobalt nickel. The biosensor enzyme of the invention has the advantages of good loading capacity, high sensitivity and high stability. The acetylcholinesterase was immobilized on the surface of the electrode, so as to construct the organic phosphorus pesticide biosensor, which can be used for the detection of methyl parathion and phosphorus oxychloride.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机磷农药领域，涉及生物传感器，具体涉及一种钴镍双金属硫化物有机磷农药生物传感器及制备方法。
技术介绍
过渡金属硫化物，例如CoS、NiS以及MoS2等，由于其特殊的物理化学性质，广泛应用于光电、磁以及电化学等多个领域。作为一类新兴的过渡金属硫化物材料，三元体系的Co-Ni硫化物，与二元Co/Ni硫化物和三元体系Co-Ni氧化物相比，其具有优异的导电性，这主要是因为这类材料具有较低的能带间隙。目前，关于三元Co-Ni硫化物的研究主要集中在合成方法与电化学应用方面的探讨与研究。现有技术中公开了一种纳米片状钴镍双金属硫化物，采用两步水热法在FTO导电玻璃上原位生长了纳米片状钴镍双金属硫化物对电极，首次制得纳米片状的钴镍双金属硫化物透明薄膜，并将其用作对电极获得良好的电化学性能，该方法在染料敏化太阳能电池应用方面拥有广阔的前景。但是该钴镍双金属硫化物的形貌为纳米片状，不适合用于有机磷农药生物传感器中。有机磷农药,由于其具有高效、使用方便、量小以及作用方式多、半衰期短等优点，常常作为除草剂、杀虫剂和杀真菌剂，广泛应用农业、工业、医药等领域。我国作为世界上农药生产和消费的大国，由于农药滥用，人类的健康与环境安全受到了严重威胁。因此，如何建立高效、快速、高灵敏度的有机磷农药监测方法，已经成环境、食物等领域的研究热点。目前，对有机磷农药的检测方法主要有，高效液相色谱，气相色谱-质谱联用、荧光以及表面等离子体共振等，这些方法虽然获得了较高的灵敏度，但是它们所用仪器大多价格昂贵、体积庞大、测试周期长以及复杂的样品预处理等，限制了环境与食物污染的现场在线与快速分析监测。电化学生物传感器由于简单、高效、灵敏度高等被广泛应用于环境检测、疾病诊断和食品安全等领域。基于乙酰胆碱酯酶抑制类的有机磷农药电化学生物传感器获得人们广泛关注。它的作用机理是首先将乙酰胆碱酯酶固定在工作电极表面，与底物氯化乙酰硫代胆碱反应生成具有电活性产物的硫代胆碱，从而产生了不可逆的氧化峰。有机磷农药对乙酰胆碱酯酶有抑制作用，因此可以通过监测乙酰胆碱的氧化峰电流来监测有机磷农药。在生物传感器的制作过程中，固定酶在基体电极表面为生物传感器设计的关键步骤。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种钴镍双金属硫化物有机磷农药生物传感器及制备方法，获得一种具有高灵敏度和高稳定性的生物传感器，用于检测机磷农药。本专利技术的另一目的在于，获得一种具有网络中空微球形貌的钴镍双金属硫化物，并将其用于生物传感器中，使得该钴镍双金属硫化物能够用于有机磷农药生物传感器中，提高酶的固载能力，并且保证生物传感器的导电性，使得生物传感器具有高灵敏度和高稳定性。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种钴镍双金属硫化物有机磷农药生物传感器，包括碳糊电极和乙酰胆碱酯酶层，所述的碳糊电极表面的修饰层由内至外依次为Nafion-NiCo2S4层、乙酰胆碱酯酶层和Nafion层；所述的NiCo2S4的制备方法为：以可溶性镍盐、可溶性钴盐溶解在含有阳离子表面活性剂的乙二醇中，通过溶剂热法制得钴镍双金属硫化物。本专利技术还提供一种如上所述的钴镍双金属硫化物有机磷农药生物传感器的制备方法，包括如下步骤：步骤一，将NiCo2S4粉末超声分散于质量浓度为0.1％的Nafion溶液中，形成Nafion-NiCo2S4悬浮液；每3mgNiCo2S4粉末对应超声分散于1mL质量分数为0.1％的Nafion溶液中；步骤二，移取2μL～10μL步骤一中制得的Nafion-NiCo2S4悬浮液滴涂碳糊电极表面，置于室温晾干，制得Nafion-NiCo2S4复合膜修饰的碳糊电极；步骤三，在Nafion-NiCo2S4复合膜修饰的碳糊电极表面，滴涂2μL～10μL浓度为0.2mg/mL的乙酰胆碱酯酶溶液，在4℃下保存12h～24h，晾干，得到固载酶碳糊电极；步骤四，在固载酶碳糊电极表面滴涂5μL质量分数为0.5％的Nafion溶液，在4℃下保存12h～24h，晾干，用去离子水冲洗2～3次，制得钴镍双金属硫化物有机磷农药生物传感器。本专利技术还具有如下区别技术特征：所述的溶剂热法包括以下步骤：步骤1，将可溶性镍盐和可溶性钴盐溶解在含有阳离子表面活性剂的乙二醇中，超声震荡完全溶解形成透明溶液，随后加入硫源化合物，继续超声直至硫源化合物完全溶解获得混合溶液；步骤2，将步骤1中获得的混合溶液转移至高压反应釜中，将高压反应釜密封100℃～180℃下反应1～12h，自然冷却至室温，离心分离并用去离子水和无水乙醇交替洗涤，干燥得到黑色粉末，即制得钴镍双金属硫化物。所述的可溶性镍盐为四水合乙酸镍，所述的可溶性钴盐为四水合乙酸钴。所述的阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。所述的阳离子表面活性剂的加入量为每40mL乙二醇中加入20mg～200mg。所述硫源化合物为硫代乙酰胺、L-半胱氨酸或硫脲。所述的可溶性镍盐与可溶性钴盐的摩尔比为1：2，硫源化合物中的硫元素与可溶性镍盐中的镍元素的摩尔比为(4～4.5)：1。所述的混合溶液与高压反应釜的关系为：40mL乙二醇值得的混合溶液对应加入到50mL内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中。所述的乙酰胆碱酯酶溶液是将比活力为137units/mg的乙酰胆碱酯酶溶于磷酸盐缓冲液(PBS)中配制成，充分溶解后置于冰箱中储存备用。所述的Nafion溶液由质量分数为5％的Nafion溶液稀释在磷酸盐缓冲液中所得。所述的碳糊电极的制备方法为：将质量比为3：17的液体石蜡和石墨粉充分混合，得到碳糊，然后填入内径为3mm的PVC管中压实，插入铜线作为导线，制得碳糊电极(CPE)。所述的碳糊电极在使用前需要将碳糊电极在称量纸上打磨成镜面，之后置于于磷酸盐缓冲溶液中，进行循环伏安扫描10个周期，对其进行电化学活化处理。所述的磷酸盐缓冲溶液的pH＝7.0，浓度为0.10M。本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：本专利技术通过阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵溶解在乙二醇溶液中去调控钴镍双金属硫化物的形貌，钴镍双金属硫化物为网络中空微球形貌，该形貌导电性良好，固载酶的效果好，能够用于有机磷农药生物传感器中。本专利技术的生物传感器酶的固载能力好，具有高灵敏度和高稳定性。在碳糊电极上依次修饰Nafion-NiCo2S4悬浮液，乙酰胆碱酯酶和Nafion，以达到将乙酰胆碱酯酶固定在电极表面，从而构建有机磷农药生物传感器，该生物传感器可用于甲基对硫磷和对氧磷的检测，其成本低廉、操作简单、灵敏度高，对甲基对硫磷和对氧磷的检测线性范围为1.0×10-12～1.0×10-8g.mL-1和1.0×10-13～1.0×10-10g.mL-1。附图说明图1为本专利技术的实施例1的钴镍双金属硫化物的能谱图。图2为本专利技术的实施例1的钴镍双金属硫化物的X射线衍射图。图3为本专利技术的实施例1的钴镍双金属硫化物的SEM图。图4为本专利技术对比例1的钴镍双金属硫化物的SEM图。图5为本专利技术对比例2的钴镍双金属硫化物的SEM图。图6是CPE，NiCo2S4-CPE，NF-NiCo2S4/CPE，AChE/NF-NiCo2S4/CPE和NF/AChE/NF-NiCo2S4/CPE电极在5.0mM的K3Fe(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钴镍双金属硫化物有机磷农药生物传感器，包括碳糊电极和乙酰胆碱酯酶层，其特征在于：所述的碳糊电极表面的修饰层由内至外依次为Nafion‑NiCo2S4层、乙酰胆碱酯酶层和Nafion层；所述的NiCo2S4的制备方法为：以可溶性镍盐、可溶性钴盐溶解在含有阳离子表面活性剂的乙二醇中，通过溶剂热法制得钴镍双金属硫化物。

【技术特征摘要】
1.一种钴镍双金属硫化物有机磷农药生物传感器，包括碳糊电极和乙酰胆碱酯酶层，其特征在于：所述的碳糊电极表面的修饰层由内至外依次为Nafion-NiCo2S4层、乙酰胆碱酯酶层和Nafion层；所述的NiCo2S4的制备方法为：以可溶性镍盐、可溶性钴盐溶解在含有阳离子表面活性剂的乙二醇中，通过溶剂热法制得钴镍双金属硫化物。2.如权利要求1所述的钴镍双金属硫化物有机磷农药生物传感器，其特征在于：所述的溶剂热法包括以下步骤：步骤1，将可溶性镍盐和可溶性钴盐溶解在含有阳离子表面活性剂的乙二醇中，超声震荡完全溶解形成透明溶液，随后加入硫源化合物，继续超声直至硫源化合物完全溶解获得混合溶液；步骤2，将步骤1中获得的混合溶液转移至高压反应釜中，将高压反应釜密封置于100℃～180℃下反应1～12h，自然冷却至室温，离心分离并用去离子水和无水乙醇交替洗涤，干燥得到黑色粉末，即制得钴镍双金属硫化物。3.如权利要求1所述的钴镍双金属硫化物有机磷农药生物传感器，其特征在于：所述的可溶性镍盐为四水合乙酸镍，所述的可溶性钴盐为四水合乙酸钴。4.如权利要求1所述的钴镍双金属硫化物有机磷农药生物传感器，其特征在于：所述的阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。5.如权利要求2所述的钴镍双金属硫化物有机磷农药生物传感器，其特征在于：所述的阳离子表面活性剂的加入量为每40mL乙二醇中加入20mg～200mg。6.如权利要求1所述的钴镍双金属硫化物有机磷农药生物传感器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭磊，董社英，黄廷林，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61