以二氧化钛-二硫化钼-金三元复合材料为支架的光电化学适配体传感器的构建方法技术

本发明专利技术涉及一种以二氧化钛‑二硫化钼‑金三元复合材料为支架的光电化学适配体传感器的构建方法，具体为：先采用溶胶‑凝胶法制备出TiO2球模板，接着将其制备成表面粗糙的锐钛矿TiO2球，然后采用水热法将MoS2纳米片紧密负载在TiO2纳米球的表面，形成TiO2‑MoS2异质结结构；最后通过柠檬酸三钠还原法将Au纳米颗粒沉积其表面，形成TiO2‑MoS2‑Au三元复合纳米材料。该三元复合材料具有极大的比表面积和良好的生物相容性，大大增加了生物分子的负载量，其还拥有优良的导电性和较强光电转化效率等，因此适合用来构建生物传感器。将DNA适配体固定在TiO2‑MoS2‑Au三元复合材料表面，研究证明以此法制备出的光电化学适配体传感器能够快速的检测卡那霉素，且灵敏度较高、线性范围较大、检测限较低。

Construction of Photoelectrochemical aptamer sensor using titanium dioxide molybdenum disulfide and gold ternary composites as scaffolds

The invention relates to a method for the construction of Photoelectrochemical aptamer sensor with titanium dioxide molybdenum disulfide gold triple composite material as the scaffold. The TiO2 ball template is prepared by the sol gel method first, then it is prepared into an anatase TiO2 ball with rough surface, and then the MoS2 nanoscale is close by the hydrothermal method. The structure of TiO2 MoS2 heterojunction was formed on the surface of TiO2 nanospheres. Finally, the Au nanoparticles were deposited on the surface of Au nanoparticles by the reduction of sodium citrate three. The TiO2 MoS2 Au three element composite nanomaterials were formed. The three element composite has great specific surface area and good biocompatibility. It greatly increases the load of biomolecules. It also has excellent electrical conductivity and strong photoelectric conversion efficiency. Therefore, it is suitable for the construction of biosensors. The DNA aptamers were immobilized on the surface of TiO2 MoS2 Au three element composite. It was proved that the photoelectrochemical aptamer sensor prepared by this method could quickly detect kanamycin, with high sensitivity, large linear range and low detection limit.

【技术实现步骤摘要】
以二氧化钛-二硫化钼-金三元复合材料为支架的光电化学适配体传感器的构建方法
本专利技术属于光电化学适配体传感器构建
，具体涉及一种以TiO2-MoS2-Au三元复合材料为负载支架的光电化学适配体生物传感器的构建方法，该光电化学适配体传感器可用于检测卡那霉素。
技术介绍
抗生素作为一类抗感染药物，其主要作用是抑制细菌感染，杀死致病细菌或其它的活性物质，广泛应用于医药、农林业、水产业和畜牧业等领域。抗生素种类繁多，卡那霉素是其中一种常用的碱性氨基糖苷类抗生素，具有水溶性强、抗菌谱广、杀菌效果明显、价格便宜和用药方便等特点。但是，不合理的使用抗生素可导致耐药性增强，内毒素的产生和残留在食源性动物体内，然后通过生物循环系统在人体内富集，引起人体不同程度的损害，所以卡那霉素的残留无论是对食品质量还是人类健康都会产生不良影响。为保障人类健康，世界各国政府机构均对牛奶中的卡那霉素残留的最大允许残留限量（MRL）做了规定要求，欧盟执行较为严格的标准，规定牛乳中卡那霉素的MRL≤100μg·kg-1，我国规定为200μg·kg-1。因此，建立操作简单、便携、特异性好，灵敏度高以及经济实用的检测方法，对于加强动物源性产品中卡那霉素的残留量控制，提高食品安全性具有重要意义。本专利技术针对卡那霉素的定性和定量分析建立了基于核酸适配体的光电化学检测方法。核酸适配体(aptamer)是由SELEX技术（指数富集的配基系统进化技术）筛选得到的寡核苷酸序列。这些序列可以是DNA也可以是RNA，能以极高的特异性和亲和力与靶分子结合，同时核酸适配体具有易于在体外合成与修饰、靶细胞范围广、化学性质稳定等优点。而将核酸适配体用于构建光电化学生物传感器的检测方法是近年来迅速发展起来的一种分析方法，其基本检测原理是基于传感体系中生物识别反应的发生会导致检测信号的变化。该方法因其灵敏度高、重现性好、设备简单和成本低等独特的优点及其在未来生物传感中的潜力,受到越来越多的关注，在检测性能和生物传感应用等方面也取得了很大进步。在构建光电化学生物传感器时，具有高光电转化性能的光活化材料常被用作生物相容性载体来有效固定生物分子。其中，TiO2由于具有良好的光电转换效率、大比表面积、优异生物相容性、多种纳米形态、易于制备、化学以及机械性质稳定等优点,而在光电传感器领域得到越来越多的应用。然而，锐钛矿型的TiO2禁带宽度为3.2eV，吸光范围限于紫外光区（λ<387nm)，这不仅限制了太阳光的利用率,而且紫外线对实验过程中的生物样品活性也具有一定的破坏作用。此外，由于TiO2的半导体特性，其导电性较差，不符合高性能传感器的要求。因此，为了克服这些缺陷，需要采用一些方法对TiO2材料进行改性，本专利技术主要采用半导体复合法来拓宽TiO2的光吸收范围，使所得复合材料在可见区也有显著吸收；同时采用金纳米沉积法增强复合材料的导电性和生物相容性。六方晶系MoS2是具有各向异性类石墨烯层状结构的二维材料，层与层之间通过范德华力结合，禁带宽度为1.2~1.8eV，可以吸收大范围的可见光，且具有良好的导电性能等特点。MoS2可与TiO2复合形成异质结结构，有效地增强光电电荷的转移和分离效率、减少电子-空穴对复合、增强可见光吸收、促进光催化性能。Xiang等人通过水热法将石墨烯/MoS2共同修饰TiO2纳米颗粒，提出了一种不含贵金属的廉价光催化剂，且光电转化效率显著得到了提高。基于适配体和光电化学传感器的诸多优点，本专利技术联合两者的优势建立起一种新型卡那霉素残留检测方法。本专利技术中，首先使用溶胶-凝胶法制备了光面光滑、大小均一、分散性好的无晶型TiO2纳米球模板，接着采用水热法将TiO2球模板制备成表面粗糙的锐钛矿TiO2球，不仅增强了其光电化学性能，并使其表面更易附着其它纳米材料；然后为了增强TiO2的可见光吸收性能，采用水热法将MoS2纳米片紧密负载在TiO2纳米球的表面，形成TiO2-MoS2异质结结构；最后通过柠檬酸三钠还原法将Au纳米颗粒沉积于TiO2-MoS2异质结结构表面，形成TiO2-MoS2-Au三元复合纳米材料。其中Au纳米颗粒和MoS2纳米片均有利于提高TiO2的导电性和光电转化效率及生物相容性。本专利技术采用了X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜（SEM）、X-射线光电子能谱（XPS）、电化学阻抗（EIS）等不同表征手段对此三元复合纳米材料进行了表征。然后将该三元复合材料分散于壳聚糖溶液中并修饰在ITO电极表面，适配体表面的巯基和三元复合材料表面金以Au-SH键的方式相结合，将适配体修饰于电极表面，用于检测卡那霉素。本专利技术克服了现有技术中出现的线性范围较窄，检测限较高以及稳定性较差等缺点，目前还未见到有相关报道。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术缺陷，提供一种以TiO2-MoS2-Au三元复合材料为负载支架的光电化学适配体生物传感器的构建方法，该光电化学适配体传感器能够快速、有效的检测卡那霉素，且灵敏度高、线性范围大、检测限较低。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:一种以TiO2-MoS2-Au三元复合材料为支架的光电化学（PEC）适配体传感器的构建方法，其具体包括以下步骤：①TiO2-MoS2-Au三元复合纳米材料的制备：TiO2纳米球的制备：称取1.75g十六胺HDA，分散在无水乙醇中，然后加入KCl水溶液和超纯水，在搅拌的同时加入异丙醇钛TIP，保持HDA：超纯水：KCl：无水乙醇：TIP的摩尔比为0.5:5:5.5×10-3:236.5:1.0；继续搅拌30min，静置，离心收集白色沉淀，经洗涤、干燥得到表面光滑的TiO2纳米球，收集备用；将0.5g表面光滑的TiO2纳米球分散在无水乙醇和超纯水的混合溶液中，然后在160℃下保持90min，离心收集沉淀，经洗涤、干燥得到锐钛矿TiO2纳米球，备用；TiO2-MoS2二元复合材料的制备：将0.08g锐钛矿TiO2纳米球分散在无水乙醇和超纯水的混合溶液中，然后加入0.35g钼酸钠（NaMoO4·2H2O）和0.52g硫脲（H2NCSNH2），混匀后在220℃下水热反应20h，反应结束后自然冷却至室温，所得深灰色沉淀经洗涤后、干燥后，收集粉末，研碎，记为TiO2-MoS2二元复合材料，备用；TiO2-MoS2-Au三元复合材料的制备:将40mgTiO2-MoS2二元复合材料分散在超纯水中，搅拌条件下加入HAuCl4水溶液、封端剂柠檬酸三钠水溶液和硼氢化钠水溶液，冰水浴中搅拌30min，再在室温下继续搅拌30min后静置过夜，离心收集沉淀，经洗涤、干燥得到TiO2-MoS2-Au三元复合材料；②修饰电极的制备:取步骤①制备好的TiO2-MoS2-Au三元复合材料20mg，均匀分散于1mL含0.2wt%壳聚糖的HAc溶液中，然后量取25µL滴加在洁净干燥的ITO电极表面，储存在冰箱内，备用，所制备的修饰电极记为TiO2-MoS2-Au/ITO电极；③适配体传感器的构建：量取25µL、1.5µM巯基修饰的DNA适配体溶液滴加在步骤②制备所得干燥的TiO2-MoS2-Au/ITO电极表面，置于冰箱内孵育12h，取出，然后滴加25µL、3%牛血清蛋白水溶液作为离子封闭剂，即得aptam本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以二氧化钛‑二硫化钼‑金三元复合材料为支架的光电化学适配体传感器的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：①TiO2‑MoS2‑Au三元复合纳米材料的制备：TiO2纳米球的制备：称取1.75 g十六胺HDA，分散在无水乙醇中，然后加入KCl水溶液和超纯水，在搅拌的同时加入异丙醇钛TIP，保持HDA：超纯水：KCl：无水乙醇：TIP的摩尔比为0.5: 5: 5.5×10‑3: 236.5: 1.0；继续搅拌30 min，静置，离心收集白色沉淀，经洗涤、干燥得到表面光滑的TiO2纳米球，收集备用；将0.5 g表面光滑的TiO2纳米球分散在无水乙醇和超纯水的混合溶液中，然后在160 ℃下保持90 min，离心收集沉淀，经洗涤、干燥得到锐钛矿TiO2纳米球，备用；TiO2‑MoS2二元复合材料的制备：将0.08 g锐钛矿TiO2纳米球分散在无水乙醇和超纯水的混合溶液中，然后加入0.35 g钼酸钠和0.52 g硫脲，混匀后在220 ℃下水热反应20 h，反应结束后自然冷却至室温，所得深灰色沉淀经洗涤后、干燥后，收集粉末，研碎，记为TiO2‑MoS2二元复合材料，备用；TiO2‑MoS2‑Au三元复合材料的制备：将40 mg TiO2‑MoS2二元复合材料分散在超纯水中，搅拌条件下加入HAuCl4水溶液、封端剂柠檬酸三钠水溶液和硼氢化钠水溶液，冰水浴中搅拌30 min，再在室温下继续搅拌30 min后静置过夜，离心收集沉淀，经洗涤、干燥得到TiO2‑MoS2‑Au三元复合材料；②修饰电极的制备:取步骤①制备好的TiO2‑MoS2‑Au三元复合材料20 mg，均匀分散于1 mL 含0.2 wt%壳聚糖的HAc溶液中，然后量取25 µL滴加在洁净干燥的ITO电极表面，储存在冰箱内，备用，所制备的修饰电极记为TiO2‑MoS2‑Au/ITO电极；③适配体传感器的构建：量取25µL、1.5 µM巯基修饰的DNA适配体溶液滴加在步骤②制备所得干燥的TiO2‑MoS2‑Au/ITO电极表面，置于冰箱内孵育12 h，取出，然后滴加25 µL、3%牛血清蛋白水溶液作为离子封闭剂，获得aptamer/TiO2‑MoS2‑Au/ITO电极，即为光电化学适配体传感器。...

【技术特征摘要】
1.一种以二氧化钛-二硫化钼-金三元复合材料为支架的光电化学适配体传感器的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：①TiO2-MoS2-Au三元复合纳米材料的制备：TiO2纳米球的制备：称取1.75g十六胺HDA，分散在无水乙醇中，然后加入KCl水溶液和超纯水，在搅拌的同时加入异丙醇钛TIP，保持HDA：超纯水：KCl：无水乙醇：TIP的摩尔比为0.5:5:5.5×10-3:236.5:1.0；继续搅拌30min，静置，离心收集白色沉淀，经洗涤、干燥得到表面光滑的TiO2纳米球，收集备用；将0.5g表面光滑的TiO2纳米球分散在无水乙醇和超纯水的混合溶液中，然后在160℃下保持90min，离心收集沉淀，经洗涤、干燥得到锐钛矿TiO2纳米球，备用；TiO2-MoS2二元复合材料的制备：将0.08g锐钛矿TiO2纳米球分散在无水乙醇和超纯水的混合溶液中，然后加入0.35g钼酸钠和0.52g硫脲，混匀后在220℃下水热反应20h，反应结束后自然冷却至室温，所得深灰色沉淀经洗涤后、干燥后，收集粉末，研碎，记为TiO2-MoS2二元复合材料，备用；TiO2-MoS2-Au三元复合材料的制备：将40mgTiO2-MoS2二元复合材料分散在超纯水中，搅拌条...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小强，刘培培，唐云飞，徐俊，李乐乐，杨立威，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南,41