一种基于比率原理阳光驱动便携式光电化学传感器的制备制造技术

本发明专利技术属于光电化学生物传感器构建领域，涉及一种基于比率原理阳光驱动便携式光电化学传感器的制备。本发明专利技术利用银二氧化钛三维氮杂石墨烯水凝胶氮化碳纳米片修饰电极，然后用壳聚糖处理修饰了Ag/TiO2/3DNGH材料的表面，再修饰黄曲霉毒素B1适配体溶液，孵育，用磷酸缓冲溶液冲洗，然后用牛血清白蛋白封闭未结合的活性位点，再用磷酸缓冲溶液冲洗，得到基于比率原理阳光驱动便携式光电化学传感器。银二氧化钛三维氮杂石墨烯复合材料展现了很好的光电活性和稳定性并且构建的基于比率原理阳光驱动便携式光电化学传感器大大减小了外界和内部各种因素的干扰，提高了检测的准确性，通过太阳光驱动，更加方便快捷，能够在室外进行即时检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于比率原理阳光驱动便携式光电化学传感器的制备
本专利技术属于光电化学生物传感器构建领域，涉及一种具有高灵敏度、高选择性的新型电位可析比率光电化学生物传感的方法，设计了一种由阳光驱动，笔记本电脑、USB型电化学工作站及三电极体系组成的便携式电化学传感器件。
技术介绍
近年来，由于光电化学传感器(PEC)的优异特性(如：成本低、操作简单等)越来越受到人们的关注，并被广泛的应用于生物医学、食品科学、环境科学等领域。其基本原理是：利用被测物质与激发态的光电材料之间发生了电子传递而引起光电材料的光电流变化进行测定。另外,也可以根据待测物质本身的光电流对其进行定量分析。然而，光电传感器(PEC)的定量检测通常依赖于目标物与光电活性材料或生物探针之间反应引起的光电流强度的变化。但是光电流本身可能受到其他因素的干扰。例如，光源和电极之间相对距离的变动，光源长期工作中因为散热或电压波动引起的光强的变化，缓冲液的离子强度、pH值的变化都可能会带来光电流的变化。相似地，这一问题同样存在于其他的检测技术中，例如荧光、电化学及电致化学发光传感器。为了提高传感器检测的可靠性，排除与目标物无关的环境因素的影响，近年来研究人员开发出了一系列比率荧光检测、比率电化学传感器以及比率电致化学发光传感器。而到目前为止，关于PEC比率传感的研究很少。此外，由于传统的PEC方法大多是在室内操作，具有大体积的仪器，需要提供固定的光源等缺点，于是结合以上所述并基于我们前期的工作，设计了一种便携式的电位可析比率光电化学传感器件。我们都知道黄曲霉毒素B1(AFB1)对包括人和若干动物具有强烈的毒性，其毒性作用主要是对肝脏的损害。此外，AFB1污染的食物主要是花生、玉米、稻谷、小麦、花生油等粮油食品，且以南方高温、高湿地区受污染最为严重,其耐热，且在280℃才可裂解，故一般烹调加工温度下难以破坏。因为在天然食物中以AFB1最为多见，危害性也最强，所以国家质检总局规定AFB1是大部分食品的必检项目之一。然而目前，传统的AFB1检测方法，包括薄层色谱法(TLC)、酶联免疫法(ELISA)以及液相色谱串联质谱法，成本高，处理时间长，并且需要一定的操作技术和复杂的设备要求。因此，开发一种快速、简单、灵敏、操作简便的方法是非常有必要的。
技术实现思路
本专利技术旨在专利技术一种集操作简单、灵敏度高、选择性好、抗干扰能力强等优点为一体的基于比率原理阳光驱动的便携式光电化学传感器件应用于AFB1的检测。一种基于比率原理阳光驱动便携式光电化学传感器的制备方法，包括如下步骤：(1)制备银二氧化钛三维氮杂石墨烯水凝胶Ag/TiO2/3DNGH纳米复合材料和氮化碳纳米片CNNS，备用；首先将100mg甘氨酸、0.24g硫酸钛、30mg硝酸银和2mg氧化石墨水溶液超声混合，超声溶解后得混合溶液A，然后将混合溶液A加入到不锈钢高压釜180℃灼烧12h；冷却至室温，放置2天，多次换水清洗除去未反应的物质；最后，冷冻干燥2天即可，从而制备了Ag/TiO2/3DNGH。将2g的白色三聚氰胺粉末转移到高温炉中，然后将炉的温度升至520℃，并在氩气条件下以约3℃/min的升温速率保持4小时，最后得到黄色的粉末。紧接着将以上获得的黄色粉末转移至研钵中研磨至细腻的粉末，最后称取100mg研磨后的粉末分散于100mL的的超纯水中，超声处理18h，从而制备了CNNS。(2)首先制作具有两个工作区域的氧化铟锡电极，分别在这两个工作电极表面修饰Ag/TiO2/3DNGH溶液和CNNS溶液，待晾干后在修饰了Ag/TiO2/3DNGH材料的表面使用壳聚糖处理，再修饰黄曲霉毒素B1适配体溶液，孵育一段时间后用磷酸缓冲溶液冲洗数次，然后用牛血清白蛋白封闭未结合的活性位点，再用磷酸缓冲溶液冲洗数次，得到电位可析比率光电化学传感器。步骤(2)中，所述Ag/TiO2/3DNGH溶液的浓度为2mg/mL，CNNS溶液的浓度为1.5mg/mL，壳聚糖的浓度为0.5wt％，黄曲霉毒素B1适配体溶液的浓度为2μmol/L，牛血清白蛋白的浓度为0.1％。步骤(2)中，所述Ag/TiO2/3DNGH溶液、CNNS溶液、壳聚糖、黄曲霉毒素B1适配体溶液和牛血清白蛋白的用量比例为20μL：20μL：10μL：10μL：10μL。步骤(2)中，所述磷酸缓冲溶液为磷酸二氢钠和磷酸氢二钠的缓冲溶液，浓度为0.1mol/L，pH为7.4。步骤(2)中，黄曲霉毒素B1适配体的序列为：5’-NH2-C6-GTTGGGCACGTGTTGTCTCTCTGTGTCTCGTGCCCTTCGCTAGGCCCACA-3’。将本专利技术制得的基于比率原理阳光驱动便携式光电化学传感器用于检测黄曲霉毒素B1的用途，具体步骤为：(1)确定Ag/TiO2/3DNGH的临界电位为-0.235V，CNNS的临界电位为0.15V；(2)引入一个新的参比电极，以及基于比率原理阳光驱动便携式光电化学传感器均与USB型电化学工作站连接；(3)配制不同浓度的黄曲霉毒素B1；在太阳光驱动下，将已知浓度的黄曲霉毒素B1在CNNS的临界电位0.15V下获得一个光电流I2，该光电流的产生主要来自于修饰了黄曲霉毒素B1适配体的Ag/TiO2/3DNGH；与此同时在Ag/TiO2/3DNGH的临界电位-0.235V下获得一个光电流I1，此时光电流的产生主要来自于CNNS，通过两者光电流的比值获得检测结果，依据在0.15V下获得的光电流I2与在-0.235V下获得的光电流I1的比值和黄曲霉毒素B1浓度对数的关系绘制出黄曲霉毒素B1的标准检测线性曲线I2/I1＝-2.001+0.170lg(CAFB1/ng·mL-1)；(4)将待测黄曲霉毒素B1在CNNS的临界电位0.15V下获得一个光电流I2，在Ag/TiO2/3DNGH的临界电位-0.235V下获得一个光电流I1，获得比值I2/I1，带入步骤(3)得出的标准检测线性曲线，即可获得待测黄曲霉毒素B1的浓度。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术设计的基于比率原理的阳光驱动便携式光电化学传感器件便于携带，可以在室外操作，从而达到即时检测的效果；(2)结合比率的方法，构建的光电化学生物传感器，为减少外界(特别是气候和光强的干扰)和自身的干扰提供了有效方法；(3)直接利用太阳光的照射，而不需要提供额外的固定光源，更方便、快捷，且节约了成本；(4)本专利技术所提出的光电化学生物传感器，实现了对黄曲霉毒素B1更简单有效的检测。附图说明图1为基于比率原理阳光驱动便携式光电化学传感器的示意图；图2为Ag/TiO2/3DNGH纳米复合材料的典型扫描电子显微镜图像(A)和透射电镜图像(B)，(C)Ag/TiO2/3DNGH纳米复合材料的元素映射图(EMI)，(D)从扫描电镜图获得的Ag/TiO2/3DNGH纳米复合材料的能谱图；图3为Ag/TiO2/3DNGH纳米复合物的X射线衍射谱图；图4为TiO2/3DNGH(a),Ag/TiO2/3DNGH(b)的拉曼光谱图；图5为Ag/TiO2/3DNGH纳米复合物的X射线光电子能谱；图6为适配体浓度(A)和黄曲霉毒素B1与适配体的结合时间(B)对光电化学传感器光电流强度的影响；图7为CNNS(A)和Ag/TiO2/3DNGH(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于比率原理阳光驱动便携式光电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备银二氧化钛三维氮杂石墨烯水凝胶Ag/TiO2/3DNGH纳米复合材料和氮化碳纳米片CNNS，备用；(2)首先制作具有两个工作区域的氧化铟锡电极，分别在这两个工作电极表面修饰Ag/TiO2/3DNGH溶液和CNNS溶液，待晾干后在修饰了Ag/TiO2/3DNGH材料的表面使用壳聚糖处理，再修饰黄曲霉毒素B1适配体溶液，孵育一段时间后用磷酸缓冲溶液冲洗数次，然后用牛血清白蛋白封闭未结合的活性位点，再用磷酸缓冲溶液冲洗数次，得到基于比率原理阳光驱动便携式光电化学传感器。

【技术特征摘要】
1.一种基于比率原理阳光驱动便携式光电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备银二氧化钛三维氮杂石墨烯水凝胶Ag/TiO2/3DNGH纳米复合材料和氮化碳纳米片CNNS，备用；(2)首先制作具有两个工作区域的氧化铟锡电极，分别在这两个工作电极表面修饰Ag/TiO2/3DNGH溶液和CNNS溶液，待晾干后在修饰了Ag/TiO2/3DNGH材料的表面使用壳聚糖处理，再修饰黄曲霉毒素B1适配体溶液，孵育一段时间后用磷酸缓冲溶液冲洗数次，然后用牛血清白蛋白封闭未结合的活性位点，再用磷酸缓冲溶液冲洗数次，得到基于比率原理阳光驱动便携式光电化学传感器。2.根据权利要求1所述的一种基于比率原理阳光驱动便携式光电化学传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述Ag/TiO2/3DNGH溶液的浓度为2mg/mL，CNNS溶液的浓度为1.5mg/mL，壳聚糖的浓度为0.5wt％，黄曲霉毒素B1适配体溶液的浓度为2μmol/L，牛血清白蛋白的浓度为0.1％。3.根据权利要求1所述的一种基于比率原理阳光驱动便携式光电化学传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述Ag/TiO2/3DNGH溶液、CNNS溶液、壳聚糖、黄曲霉毒素B1适配体溶液和牛血清白蛋白的用量比例为20μL：20μL：10μL：10μL：10μL。4.根据权利要求1所述的一种基于比率原理阳光驱动便携式光电化学传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述磷酸缓冲溶液为磷酸二氢钠和磷酸氢二钠的缓冲溶液，浓度为0.1mol/L，pH为7.4。5.根据权利要求1所述的一种基于比率原理阳光驱动便携式光电化学传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝楠，花荣，王坤，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32