本发明专利技术涉及纳米材料、催化及分析化学领域，具体包括一种快速检测和降解有机磷农药的装置和应用。该装置即在商业化的滤膜过滤器上通过物理法修饰一层表面展示有有机磷水解酶的微生物‑磷酸铜杂化催化材料。利用酶的定向效应和无机材料的多种催化功能，该装置既可实现有机磷农药选择性、实时、可视化检测又可实现有机磷农药的多途径快速降解。
【技术实现步骤摘要】
一种快速检测和降解有机磷农药的装置和应用
本专利技术涉及纳米材料、催化及分析化学领域，具体为一种快速检测和降解有机磷农药的装置和应用。
技术介绍
有机磷农药（OrganophosphorusPesticide，OP）属有机磷酸酯类化合物，是使用最多的杀虫剂之一。它的种类较多，主要有对硫磷、对氧磷、敌百虫、乐果、马拉松、敌敌畏、氧化乐果等。当今，人类为防治农作物病虫害，广泛地在农业生产中使用OP作为杀虫剂来提高农产品的产量，然而，其残留给人类健康和生存环境带来了潜在的危害。有机磷农药经皮肤、粘膜、消化道、呼吸道吸收后，将很快分布全身各脏器，它主要抑制乙酰胆碱酯酶的活性，使乙酰胆碱不能被水解，从而引起相应的中毒症状。因此，为避免其对环境的污染和对人体的毒害，寻找一种对OP残留快速简便检测和降解的方法具有重要意义。传统的有机磷农药检测方法有波谱法、色谱法、高效液相色谱法、气相色谱法、酶联免疫法、酶抑制法和速测卡检测法。然而，以上大多方法虽然能够准确、灵敏地检测出各种不同样品中的OP，但是需要对样品进行繁琐的预处理，且用到的分析仪器昂贵精密，所需时间较长，难以满足现场检测的要求。其中酶抑制法操作简便、速度快、不需要昂贵的仪器，特别适用于大批样品筛选的检测，易于推广普及，但酶受环境因素的影响容易失活，灵敏度比色谱法要差，且酶重现性较差，不稳定，也不能很好地用于有机磷的降解。而有机磷水解酶（OPH）克服酶抑制法以有机磷农药为底物，直接水解有机磷农药得到苯酚类物质，从而进行再降解处理。此法具有绿色环保、选择性好、准确性高、检测步骤简单和重复多次使用等优点，同时OPH可参于有机磷农药的降解。目前，基于农药抑制胆碱酯酶原理的农药速测卡被广泛地应用于市场农药的残留检测，利用比色的方法可快速地检测筛选农药。然而，胆碱酯酶不能深入地用于农药的降解研究。对于有机磷农药的降解研究，目前常见的降解方法主要有物理法（如超声波法、吸附法、洗涤法和电离辐射法等），生物降解法（如微生物、降解酶和工程菌等）和化学方法（如水解、氧化分解和光化学降解等）。另外，生化处理法在国内外较多采用，但该法存在稀释倍数高、负荷大、运行不稳定和二次污染等问题，因此对于有机磷的降解方法和机理仍然需要不断探索研究。目前，由于无机杂化复合材料具有规整的结构、大的表面积和独特性能，因此变得越来越受欢迎，其合成方法也较简单，具有良好的催化活性，耐用性和稳定性。近来，Zare课题组首次突破性地合成了酶-无机杂化结构的纳米花材料，该材料具有很好地催化活性，远优于天然酶和已报道的固化酶（GeJ.,LeiJ.D.,ZareR.N.,Nat.Nanotechnol.2012,7,428-432）。如已报道的无机杂化材料有牛血清蛋白（BSA）/辣根过氧化物酶（HRP）/漆酶为模板合成的BSA/HRP/漆酶-三水磷酸铜（Cu3(PO4)2·3H2O）无机杂化纳米花材料。因此，无机杂化材料可作为无机杂化催化剂，通过定向效应可实现对目标底物的定向催化。然而，由于无机杂化纳米花材料的合成机理报道较少，因此对于酶-无机杂化纳米材料的制备方法和性能研究的相关报道还需要进一步地探究。同时，对其进一步开发其他的应用领域也显得特别重要。近来，Kriegetal.报道了通过非共价修饰的方法在商业化滤膜上修饰了一层超分子膜，从而得到具有功能化的过滤膜，进而展开了一些有意义的应用（E.Krieg,H.Weissman,E.Shirman,E.Shmoni,B.Rybtchinski,Nat.Nanotechnol.2011,6,141-146）。此外，ZhuLin和其同事以漆酶为模板合成了漆酶-磷酸铜的无机杂化纳米花材料，并通过物理法把此材料修饰在商业化的过滤器滤膜上，从而实现了对苯酚的快速检测（LinZhu,LuGong,ZhangY,etal.RapidDetectionofPhenolUsingaMembraneContainingLaccaseNanoflowers.Chemistry-AnAsianJournal,2013,8,2358-2360）。Zare课题组又报道了一种基于以漆酶为模板合成的无机杂化材料修饰于滤膜上，实现了可视化检测苯酚的方法。在过氧化氢（H2O2）存在下，无机杂化的纳米材料可催化底物得到带有显色的产物，进而可实现比色检测苯酚的目的。虽然不少研究者对OP降解做了一些研究，但对其降解机理的研究不是很多。目前尚未发现基于酶-无机纳米杂化材料的催化性质用于OP降解的报道。综上所述，在有机磷农药快速检测和有效降解方面，需要进一步地研究和发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种快速检测和降解有机磷农药的装置和应用，利用酶的定向效应和无机材料的多种催化功能，该装置既可实现有机磷农药选择性、实时、可视化检测又可实现有机磷农药的多途径快速降解。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种快速检测和降解有机磷农药的装置和应用，所述的装置即在商业化的滤膜过滤器上通过物理法修饰一层表面展示有有机磷水解酶的微生物-磷酸铜杂化催化材料，利用酶的定向效应和无机材料的多种催化功能，该装置既可实现有机磷农药选择性、实时、可视化检测又可实现有机磷农药的多途径快速降解。优选是，其特征在于所述装置具体制备过程如下：（1）通过微生物表面展示技术将有机磷水解酶展示在微生物外表面，即得到表面展示有有机磷水解酶的微生物；（2）将可溶性铜盐加入到含有步骤（1）中所得表面展示有有机磷水解酶的微生物的磷酸盐缓冲液中，室温下静止24小时，得到表面展示有有机磷水解酶的微生物-磷酸铜杂化催化材料；（3）通过注射器将一定量步骤（2）中所得到的表面展示有有机磷水解酶的微生物-磷酸铜杂化催化材料注入到商业化的滤膜过滤器中，室温或4℃下干燥，即得所述装置。优选是，所述商业化的过滤器膜可以是孔径0.1μm-1μm的纤维素膜（醋酸纤维素膜或硝酸纤维素膜）过滤器或尼龙滤膜过滤器；微生物可以是大肠杆菌、酵母等单细胞微生物；可溶性铜盐可以是硝酸铜、硫酸铜、氯化铜等。优选是，所述装置可用于农药检测，其特征在于其检测过程如下：（1）将可能含有有机磷农药的待检测溶液装入注射器，并将该注射器口与所述装置相连；（2）借助注射器将待检测溶液以一定打出速度（2-15μL/s）通过所述装置打入离心管中；（3）观察离心管中溶液颜色，若溶液由无色变为黄色，则说明待检测溶液中含有有机磷农药，从而实现可视化定性检测；（4）利用分光光度计检测步骤（2）所述离心管中溶液相应的吸光值，因其与有机磷农药的化学定量关系而实现定量检测。所述装置可用于农药串联降解，其特征在于其降解过程Ⅰ如下：（1）将含有一定浓度的H2O2溶液加入到有机磷农药的待检测溶液中，并装入注射器，将该注射器口与所述装置相连；（2）借助注射器将待检测溶液以一定打出速度（2-10μL/s）通过所述装置打入离心管中。所述装置可用于农药串联降解，其特征在于其降解过程Ⅱ如下：（1）将含有一定浓度的硼氢化钠溶液加入到有机磷农药的待检测溶液中，并装入注射器，将该注射器口与所述装置相连；（2）借助注射器将检测溶液以一定打出速度（2-10μL/s）通过所述装置打出，即实现农药降解。优选是，所述检测农药可为对氧磷、甲基本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种快速检测和降解有机磷农药的装置和应用，其特征在于：所述装置为修饰有表面展示有有机磷水解酶的微生物‑磷酸铜杂化催化材料的滤膜过滤器，表面展示有有机磷水解酶的微生物‑磷酸铜杂化催化材料即磷酸铜在展示有有机磷水解酶的微生物表面矿化而得到的杂化材料，通过物理法将其修饰在商业化的滤膜过滤器上而得该装置，利用酶的定向效应和无机材料的多种催化功能，该装置既可实现有机磷农药选择性、实时、可视化检测又可实现有机磷农药的多途径快速降解。
【技术特征摘要】
1.一种快速检测和降解有机磷农药的装置和应用，其特征在于：所述装置为修饰有表面展示有有机磷水解酶的微生物-磷酸铜杂化催化材料的滤膜过滤器，表面展示有有机磷水解酶的微生物-磷酸铜杂化催化材料即磷酸铜在展示有有机磷水解酶的微生物表面矿化而得到的杂化材料，通过物理法将其修饰在商业化的滤膜过滤器上而得该装置，利用酶的定向效应和无机材料的多种催化功能，该装置既可实现有机磷农药选择性、实时、可视化检测又可实现有机磷农药的多途径快速降解。2.根据权利要求1所述的一种快速检测和降解有机磷农药的装置，其特征在于其具体制备过程如下：（1）通过微生物表面展示技术将有机磷水解酶展示在微生物外表面，即得到表面展示有有机磷水解酶的微生物；（2）将可溶性铜盐加入到含有步骤（1）中所得表面展示有有机磷水解酶的微生物的磷酸盐缓冲液中，室温下静止24小时，得到表面展示有有机磷水解酶的微生物-磷酸铜杂化催化材料；（3）通过注射器将一定量步骤（2）中所得到的表面展示有有机磷水解酶的微生物-磷酸铜杂化催化材料注入到商业化的滤膜过滤器中，室温或4℃下干燥，即得所述装置。3.根据权利要求1、2所述的一种快速检测和降解有机磷农药的装置，其特征在于：所述商业化的滤膜过滤器可以是孔径0.1μm-1μm的纤维素滤膜（醋酸纤维素滤膜或硝酸纤维素滤膜）过滤器或尼龙滤膜过滤器；微生物可以是大肠杆菌、酵母等单细胞微生物；可溶性铜盐可以是硝酸铜、硫酸铜、氯化铜等。4.根据权利要...
【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
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