一种用于超灵敏检测有机磷农药的电化学生物传感器制造技术

本发明专利技术涉及分析化学领域，具体包括一种用于超灵敏检测有机磷农药的电化学生物传感器。利用层层自组装的方式，将氨基酸离子液体‑碳纳米管复合物、矿化的有机磷水解酶、高分子膜修饰在电极表面，从而得到超灵敏检测有机磷农药的电化学生物传感器的工作电极。所述的电化学生物传感器对有机磷农药有很强的选择性，其线性范围为10~800 nmol/L，相关系数R

An electrochemical biosensor for ultra-sensitive detection of organophosphorus pesticides

The invention relates to the field of analytical chemistry, in particular to an electrochemical biosensor for ultra-sensitive detection of organophosphorus pesticides. Amino acid ionic liquids, carbon nanotubes, mineralized organophosphorus hydrolase and polymer membranes were modified on the surface of the electrode by layer-by-layer self-assembly method to obtain the working electrode of an electrochemical biosensor for the detection of organophosphorus pesticides. The electrochemical biosensor has strong selectivity for organophosphorus pesticides, and its linear range is 10-800 nmol/L with correlation coefficient R.

【技术实现步骤摘要】
一种用于超灵敏检测有机磷农药的电化学生物传感器
本专利技术涉分析化学领域，具体包括一种用于超灵敏检测有机磷农药的电化学生物传感器。
技术介绍
在过去很长的一段时间里，有机磷农药被广泛地用于控制病虫害。然而，有机磷农药广泛大量地使用已经严重威胁到人类及生存环境。通常情况下，有机磷农药残留很低，以至于人们不能轻易地在农作物或者环境中检测到，而且在实际样品中的农残成分复杂。因此，超灵敏、高选择性检测有机磷农残在当今显得尤为重要。电化学生物传感器是将生物活性物质如生物酶、抗原/抗体、DNA等作为分子识别物质固定在电极上，以电化学信号为检测信号的分析器件。电化学生物传感器以其选择性好、灵敏度高、响应快、操作简便、可实现在线、活体分析等优点备受欢迎，在分析化学的研究中起着越来越重要的作用，并广泛用于生命科学、环境分析、药物分析等领域，近年来，也广泛用于农药检测方面。在各种各样的检测方法（如光谱检测、酶抑制法和色谱检测等）中，由于电化学酶传感器具有检测迅速、灵敏度高、操作简单和微型化等特点，因此已经得到了广泛关注。在检测有机磷农药的酶生物传感器研究中使用最多的主要有两类酶：一类是活性能被有机磷农药不可逆抑制的胆碱酯酶，如乙酰胆碱酯酶（AChE）等，这类酶的识别原理是基于有机磷农药对酶活的抑制作用；另一类是能直接催化水解有机磷农药的有机磷水解酶（OPH），相应的识别原理是基于酶催化水解有机磷农药。至今为止，大多数检测有机磷农药的电化学生物传感器都是基于酶的抑制原理，如基于乙酰胆碱酯酶的生物传感器是利用底物对生物酶的抑制作用降低酶催化活性从而达到检测农药的目的。SubramanianViswanathan等人在《ElectrochemicalbiosensorforpesticidesbasedonacetylcholinesteraseimmobilizedonpolyanilinedepositedonverticallyassembledcarbonnanotubeswrappedwithssDNA》（Biosensors&Bioelectronics2009，24，2772）一文中采用了基于乙酰胆碱酯酶固定在聚苯胺和碳纳米管和ssDNA垂直组装的电化学生物传感器来检测甲基对硫磷和毒死蜱农药，其中甲基对硫磷和毒死蜱最低检测限（Limitofdetection，LOD）是10-3nmol/L。MuhammetGuler等人在《Electrochemicaldetectionofmalathionpesticideusingacetylcholinesterasebiosensorbasedonglassycarbonelectrodemodifiedwithconductingpolymerfilm》（EnvironSciPollutRes2016，23，12343-12351）一文中基于修饰导电高分子膜的玻碳电极构建了乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器来检测马拉硫磷农药，其LOD达到4.08nmol/L。Hui-FangCui等人在《Ahighlystableacetylcholinesterasebiosensorbasedonchitosan-TiO2-graphenenanocompositesfordetectionoforganophosphatepesticides》（Biosensors&Bioelectronics2017，99，223-229）一文中基于壳聚糖-TiO2-石墨烯纳米复合物为平台构建了稳定的乙酰胆碱酯酶生物传感器用于有机磷农药敌敌畏的检测，LOD达29nmol/L，检测时间达25min。此外，还有一些是双酶偶联生物传感器的构建，如乙酰胆碱酯酶和胆碱氧化酶（ChOx）偶联，提供了一种相对简单有效的多酶固定平台来实现检测有机磷农药残留。XianweiMeng等人在《AsimpleandsensitivefluorescencebiosensorfordetectionoforganophosphoruspesticidesusingH2O2-sensitivequantumdots/bi-enzyme》（BiosensorsandBioelectronics2013，47，402-407）一文中基于对过氧化氢敏感的量子点、双酶（乙酰胆碱酯酶和胆碱氧化酶）构建了荧光生物传感器来检测有机磷农药，其中有机磷农药敌敌畏的LOD是4.49nmol/L。然而，由于乙酰胆碱酯酶自身特异性差和基于酶的抑制机制通常使电化学生物传感器选择性低，检测限高和响应时间慢，在一定程度上限制了电化学有机磷农药生物传感器的发展和应用。而且，基于分析物的氧化电流，大多数的有机磷农药电化学传感器被应用于正电位，因此没有避免检测体系中已存在的一些氧化物（如尿酸、抗坏血酸等）的干扰。为了克服以上问题，将OPH引入电化学检测有机磷农药生物传感器中以替代酶抑制的生物传感器。因为OPH可以特异地水解底物有机磷农药对氧磷为硝基酚电活性物质，具有选择性好、检测步骤简单、多次重复使用等优点，可以从根本上克服酶抑制生物传感器中样品准备繁琐，选择性低等缺点。Cabarcas等人在《ChitosannanocompositemodifiedOPH-Basedamperometricsensorfororganophosphoruspesticidesdetermination》（CurrentAnalyticalChemistry2018，14，75-82）一文中采用修饰OPH的壳聚糖纳米复合物构建了安培电流型传感器用来检测农药，其中对氧磷的LOD是20nmol/L。XiangjiangTang等人在《Sensitiveelectrochemicalmicrobialbiosensorforp-nitrophenylorganophosphatesbasedonelectrodemodifiedwithcellsurface-displayedorganophosphorushydrolaseandorderedmesoporecarbons》（BiosensorsandBioelectronics2014，60，137-142）一文中利用OPH与有序介孔硅纳米材料结合构建了灵敏的电化学微型传感器用来检测有机磷农药（对氧磷、对硫磷和甲基对硫磷），其中对氧磷的LOD为9nmol/L。在之前的研究中，我们基于生物矿化OPH-Cell的变构效应制备了OPH-Cell-磷酸钴生物无机杂化材料用来增强有机磷水解酶的催化活性。然而，与此同时，生物矿化和整个细胞本身在一定程度上也会降低OPH-Cell-磷酸钴混合催化剂的电导率和电化学活性。因此，虽然基于OPH的分析方法通常展示了良好的选择性和简单的分析过程，但是基于OPH的电化学生物传感器却很少被报道，并且目前尚未报道负电位下检测有机磷农药的电化学生物传感器，而负电位检测可减少实际样品中抗氧化剂的干扰。由此对检测农药的电化学传感器进行改进，建立超灵敏和高选择性的有机磷农药电化学生物传感器显得十分必要。众所周知，碳纳米管具有较大的表面积、电导率高、稳定性好、有固酶能力等特点，碳纳米管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于超灵敏检测有机磷农药的电化学生物传感器，其特征在于，利用层层自组装的方式，依次将氨基酸离子液体‑碳纳米管复合物、矿化的有机磷水解酶、高分子膜修饰在电极表面上，从而得到超灵敏检测有机磷农药的电化学生物传感器的工作电极，从而实现负电位下超灵敏高、选择性地检测有机磷农药的目的。

【技术特征摘要】
1.一种用于超灵敏检测有机磷农药的电化学生物传感器，其特征在于，利用层层自组装的方式，依次将氨基酸离子液体-碳纳米管复合物、矿化的有机磷水解酶、高分子膜修饰在电极表面上，从而得到超灵敏检测有机磷农药的电化学生物传感器的工作电极，从而实现负电位下超灵敏高、选择性地检测有机磷农药的目的。2.根据权利要求1所述的一种用于超灵敏检测有机磷农药的电化学生物传感器，其特征在于，其制备步骤如下：A．氨基酸离子液体和碳纳米管以一定比例混合，超声，通过非共价结合得到氨基酸离子液体-碳纳米管复合物；B．将步骤A中所得的氨基酸离子液体-碳纳米管复合物悬浮液滴加到预处理好的电极表面上，室温晾干；C．将矿化的有机磷水解酶滴在步骤B中所得的电极表面上，于4℃下干燥；D．在步骤C中所得的电极表面上滴涂一层高分子膜溶液，干燥后制得所述的用于超灵敏检测有机磷农药的电化学生物传感器。3.根据权利要求1或2所述的一种用于超灵敏检测有机磷农药的电化学生物传感器，其特征在于，所述制备步骤方法中：所述高分子膜可以是全氟磺酸膜（Nafion，1~0.05wt%）、聚多巴胺、聚苯甲酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩磊，陈道缘，李峰，
申请(专利权)人：青岛农业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37