一种基于TiO2介观晶体的免标记型玉米赤霉烯酮光电化学检测方法和传感器技术

本发明专利技术公开一种基于TiO2介观晶体的免标记型玉米赤霉烯酮光电化学检测方法和传感器。该方法利用金锥（Au cone）、聚硫堇（PTH）敏化的金红石型TiO2介观晶体（RTM）作为光电活性基底材料，并用于固定化玉米赤霉烯酮抗体(Ab)；基于金锥的表面等离子效应以及聚硫堇的稳定性及优良导电性，其与RTM的复合材料能加快光生电子的转移速度并提高光电流信号，当玉米赤霉烯酮，即抗原（Ag）与固定化的玉米赤霉烯酮抗体（Ab）发生免疫反应，由于空间位阻效应，光电信号明显减弱。基于该现象，所建立的方法可实现对玉米赤霉烯酮浓度在1×10

A method and sensor for Photoelectrochemical detection of zearalenone based on TiO2 mesoscopic crystal

The invention discloses a method and sensor for photochemical detection of zearalenone based on TiO2 mesoscopic crystal. The method of using gold cone (Au cone), polythionine (PTH) rutile TiO2 mesocrystals sensitized (RTM) as a substrate material, and used for the immobilization of antibody of zearalenone (Ab); surface plasmon effect of Au cone and stability of polythionine and excellent conductivity based on the RTM composite material, and can accelerate the speed of the transfer of photogenerated electrons and increase the photocurrent signal, when zearalenone, antigen (Ag) and zearalenone immobilized antibody (Ab) immune reaction due to the steric effect of photoelectric signal decreased significantly. Based on this phenomenon, the method can be used to achieve the concentration of zearalenone in 1 * 10

【技术实现步骤摘要】
一种基于TiO2介观晶体的免标记型玉米赤霉烯酮光电化学检测方法和传感器
本专利技术属于新型功能材料与生物传感检测
，具体涉及一种基于TiO2介观晶体的免标记型玉米赤霉烯酮光电化学检测方法和传感器。
技术介绍
玉米赤霉烯酮(Zearalenone)又称F-2毒素，是玉米赤霉菌的代谢产物，其广泛分布于受污染的谷物及农副产品、奶制品中，尤其是玉米及其加工制品中。玉米赤霉烯酮具有生殖发育毒性、免疫毒性及强烈的致畸毒性等，也可对内分泌造成影响，并且可能诱发肿瘤。目前，检测玉米赤霉烯酮的生物测定方法主要有酶联免疫吸附试验、电化学和荧光光谱等。然而，这些方法的灵敏度的进一步增强以及探索一个低背景信号、重现性好、宽的响应范围的传感平台仍然是玉米赤霉烯酮测定的迫切要求。光电化学（PEC）检测是基于光电化学过程和化学/生物识别过程建立起来的一种新的分析方法。该方法以光作为激发信号，以光电流作为检测信号，具有灵敏度高、响应快速、设备简单和易微型化等优点，为临床诊断、环境监测和食品安全等领域提供了一种强有力手段。光电化学分析使用光作为激发信号，检测的是电信号，通过采用不同形式的能量作为激发信号和检测信号，使激发和检测信号互不干扰，因而背景信号较低，可获得较高的灵敏度。光电材料的类型、性能与光电化学过程的实现有着直接且紧密的关系，光电材料本身的光电化学性质、制备方法、复合效果、形貌控制、电荷传导速率等对于光电化学过程的顺利实现有重要影响。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介观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介观晶体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。
技术实现思路
本专利技术的目的是基于聚硫堇敏化的TiO2介观晶体的免标记型光电化学传感器的制备和基于TiO2介观晶体的免标记型玉米赤霉烯酮光电化学检测方法。为实现专利技术目的，本专利技术的一种基于TiO2介观晶体的免标记型玉米赤霉烯酮光电化学检测方法采用如下技术方案：（1）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；（2）PTH/Aucone/RTM/Ab/Ag修饰电极的制备：滴加4μL浓度为3mg/ml的金红石型TiO2介观晶体（RTM）悬浮液于干净的玻碳电极表面，红外灯下烘干，冷却至室温，然后将3.5μL金锥溶液滴涂到修饰过的电极表面，在红外灯下烘干冷却至室温；再将电极浸入含有4.8mmol/mL硫堇pH=4.5的醋酸缓冲溶液中，在-0.4~1.2V的电位范围内，以50Mv/s的速度循环扫描55圈，实现聚硫堇（PTH）的修饰，取出，在室温下干燥，即得到PTH/Aucone/RTM修饰电极；将修饰电极于5μL浓度为1mg/mL的玉米赤霉烯酮抗体Ab溶液中37°C下孵育50min，随后使用pH7.5的磷酸缓冲溶液去除多余的玉米赤霉烯酮抗体Ab，再将电极浸入20μL浓度为1.0wt.%的牛血清白蛋白（BSA）1h，封闭电极表面上非特异性活性位点，冲去表面残余液后，即得到PTH/Aucone/RTM/Ab修饰电极；将电极浸入5μL不同浓度的玉米赤霉烯酮（ZEN，也称Ag）标准溶液中于37°C下孵育25min；用pH7.5的磷酸缓冲溶液冲洗电极表面并在室温条件下自然晾干，得到PTH/Aucone/RTM/Ab/Ag修饰电极；（3）玉米赤霉烯酮的检测：采用三电极体系进行测定，以PTH/Aucone/RTM/Ab/Ag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-0.1V，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pH7.5的PBS缓冲溶液中，通过光电化学工作站进行检测1×10-6ng/mL~10ng/mL一系列不同浓度的玉米赤霉烯酮标准溶液，通过记录开关灯前后产生的不同电流信号，绘制工作曲线；待测样品溶液代替玉米赤霉烯酮标准溶液进行检测，检测的结果可通过工作曲线查得。上述金红石型TiO2介观晶体（RTM）由下述方法制备：0.5g十二烷基苯磺酸钠（SDBS）溶解在25mL2.2mol/mLHNO3溶液中，搅拌15分钟。然后加入0.5mL异丙醇钛（IV），在80°C下搅拌48h。随后，所得产物经离心并用超纯水、乙醇洗涤4~5次后，在60°C下干燥12h。上述产物在400°C空气中煅烧1h以去除残留的有机物，制得金红石型TiO2介观晶体。本专利技术所述的一种基于TiO2介观晶体的免标记型玉米赤霉烯酮光电化学传感器，包括工作电极、铂丝电极为对电极和Ag/AgCl为参比电极，其特征在于，所述的工作电极采用PTH/Aucone/RTM/Ab/Ag修饰电极，其由下述步骤的方法制备而成：1）玻碳电极的抛光：玻碳电极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）PTH/Aucone/RTM/Ab/Ag修饰电极的制备：滴加4μL浓度为3mg/mL金红石型TiO2介观晶体（RTM）悬浮液于干净的玻碳电极表面，红外灯下烘干，冷却至室温，然后将3.5μL金锥溶液滴涂到修饰过的电极表面，在红外灯下烘干冷却至室温；再将电极浸入含有4.8mmol/mL硫堇pH=4.5的醋酸缓冲溶液中，在-0.4~1.2V的电位范围内，以50Mv/s的速度循环扫描55圈，取出，在室温下干燥，即得到PTH/Aucone/RTM修饰电极；将修饰电极于5μL浓度为1mg/mL的玉米赤霉烯酮抗体Ab溶液中于37°C下孵育50min，随后使用pH7.5的磷酸缓冲溶液去除多余的玉米赤霉烯酮抗体Ab，再将电极浸入20μL浓度为1.0wt.%的BSA1h，封闭电极表面上非特异性活性位点，冲去表面残余液后，即得到PTH/Aucone/RTM/Ab修饰电极；将电极浸入5μL不同浓度的玉米赤霉烯酮（ZEN，也称Ag）标准溶液中于37°C下孵育25min；用pH7.5的磷酸缓冲溶液冲洗电极表面并在室温条件下自然晾干，得到PTH/Aucone/RTM/Ab/Ag修饰电极。本专利技术的特点为：金锥作为载体，可提供大的表面面积、高的吸附能力和信号放大。含有两个氨基的硫堇染料分子是一种良好的电子媒介体，酸性条件下，电聚合硫堇单体分子可形成多孔高聚复合膜（PTH）。这种多孔聚硫堇（PTH）复合膜稳定性好、不易流失、比表面积大，可作为优良的固定基质，增强抗体的吸附量，提高免疫传感器的灵敏度。本专利技术通过一个简单的一步法合成金红石型介观晶体（RTM）并引入一个典型的敏化剂聚硫堇来进一步提高RTM的光电转换效率。抗原与抗体特异性结合，形成空间位阻效应，将明显的降低光电流信号。光电流信号与玉米赤霉烯酮浓度在一定范围内呈线性，实现玉米赤霉烯酮的高灵敏检测。本专利技术的显著优点为：（1）以聚硫堇敏化的金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于TiO2介观晶体的免标记型玉米赤霉烯酮光电化学检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1）玻碳电极的预处理：玻碳电极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）PTH/Au cone/RTM/Ab/Ag修饰电极的制备：滴加4μL浓度为3mg/ml的金红石型TiO2介观晶体（RTM）悬浮液于干净的玻碳电极表面，红外灯下烘干，冷却至室温，然后将3.5μL金锥溶液滴涂到修饰过的电极表面，在红外灯下烘干冷却至室温；再将电极浸入含有4.8mmol/mL硫堇的pH=4.5的醋酸缓冲溶液中，在‑0.4~1.2V 的电位范围内，以50Mv/s的速度循环扫描55圈，实现聚硫堇（PTH）的修饰；随后取出，在室温下干燥，即得到PTH/Au cone/RTM 修饰电极；将PTH/Au cone/RTM修饰电极于5 μL浓度为1 mg/mL的玉米赤霉烯酮抗体Ab溶液中37°C下孵育50 min，随后使用pH 7.5的磷酸缓冲溶液去除多余的玉米赤霉烯酮抗体Ab，再将电极浸入20μL 浓度为1.0 wt.%的牛血清白蛋白1 h，封闭电极表面上非特异性活性位点，冲去表面残余液后，即得到PTH/Au cone/RTM/Ab修饰电极；将电极浸入5μL不同浓度的玉米赤霉烯酮（Ag）标准溶液中于37°C下孵育25min；用pH 7.5的磷酸缓冲溶液冲洗电极表面并在室温条件下自然晾干，得到PTH/Au cone/RTM/ Ab/Ag修饰电极；3）玉米赤霉烯酮的检测：采用三电极体系进行测定，以PTH/Au cone/RTM/Ab/Ag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‑0.1V，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 7.5的 PBS缓冲溶液中，通过光电化学工作站进行检测1×10...

【技术特征摘要】
1.一种基于TiO2介观晶体的免标记型玉米赤霉烯酮光电化学检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1）玻碳电极的预处理：玻碳电极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）PTH/Aucone/RTM/Ab/Ag修饰电极的制备：滴加4μL浓度为3mg/ml的金红石型TiO2介观晶体（RTM）悬浮液于干净的玻碳电极表面，红外灯下烘干，冷却至室温，然后将3.5μL金锥溶液滴涂到修饰过的电极表面，在红外灯下烘干冷却至室温；再将电极浸入含有4.8mmol/mL硫堇的pH=4.5的醋酸缓冲溶液中，在-0.4~1.2V的电位范围内，以50Mv/s的速度循环扫描55圈，实现聚硫堇（PTH）的修饰；随后取出，在室温下干燥，即得到PTH/Aucone/RTM修饰电极；将PTH/Aucone/RTM修饰电极于5μL浓度为1mg/mL的玉米赤霉烯酮抗体Ab溶液中37°C下孵育50min，随后使用pH7.5的磷酸缓冲溶液去除多余的玉米赤霉烯酮抗体Ab，再将电极浸入20μL浓度为1.0wt.%的牛血清白蛋白1h，封闭电极表面上非特异性活性位点，冲去表面残余液后，即得到PTH/Aucone/RTM/Ab修饰电极；将电极浸入5μL不同浓度的玉米赤霉烯酮（Ag）标准溶液中于37°C下孵育25min；用pH7.5的磷酸缓冲溶液冲洗电极表面并在室温条件下自然晾干，得到PTH/Aucone/RTM/Ab/Ag修饰电极；3）玉米赤霉烯酮的检测：采用三电极体系进行测定，以PTH/Aucone/RTM/Ab/Ag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-0.1V，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pH7.5的PBS缓冲溶液中，通过光电化学工作站进行检测1×10-6ng/mL~10ng/mL一系列不同浓度的玉米赤霉烯酮标准溶液，通过记录开关灯前后产生的不同电流信号，绘制工作曲线；待测样品溶液代替玉米赤霉烯酮标准溶液进行检测，检测的结果可...

【专利技术属性】
技术研发人员：林雯，戴宏，高利红，陈四红，
申请(专利权)人：漳州出入境检验检疫局综合技术服务中心，
类型：发明
国别省市：福建,35