一种光电化学生物传感器及其制备方法技术

技术编号:21180981 阅读:35 留言:0更新日期:2019-05-22 13:31
本发明专利技术公开的一种光电化学生物传感器及其制备方法,将制备的Bi2WO6‑RE超声溶于水中,滴于FTO上,自然晾干,煅烧后冷却至室温。再将FTO/Bi2WO6‑RE电极浸入HAuCl4溶液,煅烧后得FTO/Bi2WO6‑RE/Au电极。再将活化的互补sDNA滴在FTO/Bi2WO6‑RE/Au电极上,在4℃下孵化过夜。用Tris‑HCl缓冲液冲洗除去未连接的sDNA,然后用MCH封闭。Tris‑HCl冲洗后,将GQDs‑vDNA偶联物滴在电极上孵育。用Tris‑HCl溶液冲洗后,再滴加含Exo‑I的VP溶液,孵育后用Tris‑HCl溶液冲洗后即得工作电极。将工作电极插入光电化学池中,再将饱和甘汞电极和铂对电极插入,组成三电极体系,外接电化学工作站,辅以模拟日光氙灯光源系统,即组装成了光电化学适配体传感器。该传感器具有光电流响应能力强,检测灵敏度高,检测时间短,成本低廉,便携性的优势。

A Photoelectrochemical Biosensor and Its Preparation Method

The invention discloses a photoelectric chemical biosensor and a preparation method thereof. The prepared Bi2WO6 RE ultrasound is dissolved in water, dripped on FTO, dried naturally, and cooled to room temperature after calcination. Then FTO/Bi2WO6_RE electrode was immersed in HAuCl4 solution and calcined to obtain FTO/Bi2WO6_RE/Au electrode. The activated complementary sDNA was then dripped onto the FTO/Bi2WO6 RE/Au electrode and incubated overnight at 4 C. Rinse the unconnected sDNA with Tris HCl buffer and seal it with MCH. After rinsing with Tris_HCl, the GQDs_vDNA conjugates were incubated on the electrodes. After rinsing with Tris HCl solution, then dripping with VP solution containing Exo I, the working electrode is obtained after incubation and rinsing with Tris HCl solution. The working electrode is inserted into the photochemistry cell, then the saturated calomel electrode and the platinum pair electrode are inserted into the cell to form a three-electrode system. The three-electrode system is connected with an external electrochemical workstation, supplemented by a simulated solar xenon lamp source system, that is, an optoelectronic-chemical adapter sensor is assembled. The sensor has the advantages of strong photocurrent response, high detection sensitivity, short detection time, low cost and portability.

【技术实现步骤摘要】
一种光电化学生物传感器及其制备方法
本专利技术属于电化学检测领域,指一种光电化学生物传感器及其制备方法。
技术介绍
副溶血性弧菌(VibrioParahaemolyticus,以下简称VP)是一种嗜盐性革兰氏阴性短杆菌,是世界范围内重要的食源性致病菌。VP引起的食源性疾病已成为世界范围内的公共卫生问题之一。近年来,在亚洲(尤其是东南亚地区)、欧洲和北美洲均多次爆发了VP导致的食源性疾病。据我国食源性疾病监测网2003~2007年与2010~2014年统计分析数据显示,VP引起的食源性疾病已位居微生物食源性疾病的首位,海产品中VP检测已成为各地区食品风险监测的重要一环。我国食品安全国家标准GB29921-2013对水产制品、水产调味品中VP进行了限量规定,可接受水平的限量值为100MPN/g(mL),最高安全限量值为1000MPN/g(mL)。目前,我国VP的现行检测方法是GB/T4789.7-2013,该传统培养法准确性高;但检测过程通常需要4~5d,耗时长、操作繁琐,不能满足水产品质量安全快速反应体系的需求。目前研究最多的VP快速检测技术是PCR技术、酶联免疫吸附技术和生物传感器技术。PCR技术操作过程较为繁琐,需要设备条件,且耗时相对较长。酶联免疫吸附技术在检测效率、特异性、现场适用性上具有优势,但由于VP抗体成本高,应用受到局限。生物传感器作为新型的检测手段,与传统的检测手段相比,具有方便、省时、精度高、设备简单、价廉,易于微型化等优点,并且数据的收集与处理也很简便,亦不会造成污染,可实现现场大通量样品的检测。光电化学生物传感器将传统的电化学传感器和光电化学结合起来,集合了二者的优点,背景信号较低,灵敏度较高。
技术实现思路
为解决上述技术问题,本专利技术提供了一种快速简便、准确灵敏的光电化学生物传感器,用于副溶血性弧菌的检测。本专利技术整合了纳米材料复合、量子点敏化、适配体分子识别、核酸外切酶I辅助循环等技术,构建光电化学生物传感器,建立了一种快速简便、准确灵敏的VP检测方法。本专利技术完整的技术方案包括:一种光电化学生物传感器及其检测副溶血性弧菌的方法,其步骤如下:步骤1、制备Bi2WO6-RE纳米粒子将2mmol的Bi(NO3)3·5H2O和1mmol的Na2WO4·2H2O分别溶于40mL的乙二醇和20mL的0.6M稀硝酸溶液,搅拌至溶解完全,分别得到溶液A和溶液B。将稀土硝酸盐溶液加入到溶液A中搅拌均匀。再将淡黄色的溶液B逐滴加入到A的混合溶液中,用NaOH溶液调节pH值到中性,搅拌使得混合溶液由淡黄色变为无色。将已经混合均匀的溶液转移到100mL的水热反应釜中,在一定温度下水热反应一定时间。冷却后先用乙醇然后再用去离子水清洗离心三次,在80℃干燥12h。干燥的粉体研磨,在一定温度下煅烧一定时间,随炉冷却到室温后再次研磨,得到Bi2WO6-RE。步骤2、制备N掺杂的GQDs先将2g前驱物芘与80mL发烟硝酸混合后,在80℃下回流搅拌,将芘晶粒表面进行硝基功能化处理,取出反应物后过滤除酸后加入适量的氨水调节pH值,采用300W超声波分散处理后转移至聚四氟乙烯罐中,在一定温度下水热反应一定时间,待自然冷却后取出反应物过滤透析后在70℃下干燥得到N-GQDs。步骤3、GQDs-vDNA偶联物的制备720μLGQDs用100μL含有10mMEDC和10mMNHS的水溶液在室温下活化30min,然后将600μL2μM过量的VP适配体vDNA加入到上述GQDs溶液中,持续搅拌过夜。所得溶液在4℃离心除去过量vDNA,即得到GQDs-vDNA偶联物。步骤4、构建检测副溶血性弧菌的光电化学生物传感器工作电极将FTO电极先后用丙酮、氢氧化钠、去离子水清洗,烘干备用。将10mgBi2WO6-RE超声溶解于5mL水中,取20μL均匀溶液滴于面积为0.25cm2的FTO电极上,自然晾干后,450℃空气气氛下煅烧30min,自然冷却至室温。再将FTO/Bi2WO6-RE电极浸入0.01MHAuCl4(pH=4.5)溶液中40min,于300℃下煅烧2h形成金纳米颗粒,即得FTO/Bi2WO6-RE/Au电极。将20μL在三(2-羧乙基)膦(TCEP)(0.5μL,10mM)溶液中活化1h的2μMVP适配体vDNA的互补DNA(sDNA)滴在FTO/Bi2WO6-RE/Au电极上,在4℃下孵化过夜。用Tris-HCl(pH=7.4,10mM)缓冲液冲洗除去未连接的sDNA,然后用20μL6-羟基-1-己硫醇(MCH)封闭1h。Tris-HCl冲洗后,将20μLGQDs-vDNA偶联物滴在电极上,并在37℃下孵育1h使sDNA与vDNA杂交。用Tris-HCl溶液冲洗后,在适配体电极上滴加20μL不同浓度含20UExo-I的VP溶液,孵育1h,用Tris-HCl溶液冲洗后即得工作电极。步骤5、构建检测副溶血性弧菌的光电化学生物传感器将步骤4制备的工作电极插入光电化学池中,再将饱和甘汞电极和铂对电极插入,组成三电极体系,外接电化学工作站,辅以模拟日光氙灯光源系统(加装了AM1.5太阳光谱模拟滤光片,可量化,具有标准性),即组装成了光电化学适配体传感器,用于副溶血性弧菌的光电化学检测。步骤1中,稀土硝酸盐溶液所用的稀土为Er3+、Yb3+双掺、Tm3+、Yb3+双掺或Er3+、Tm3+、Yb3+多种稀土掺杂。步骤1中,水热反应温度为160-200℃,水热反应时间为1-6h。步骤1中,煅烧温度为400-800℃,煅烧时间为2-8h。步骤2中,水热反应温度为160-220℃下,水热反应时间为8-16h。步骤5中,光电化学检测是在室温下含有0.1M抗坏血酸(AA)的Tris-HCl缓冲溶液(pH=7.4,0.1M)中进行,AA在光电流响应测试中作为电子供体。测试过程中由模拟日光氙灯光源系统产生光源,每10s开/关光源一次。光电系统外加电压为0.0V。在光电流响应测试前,向AA溶液通N2除氧15min。本专利技术所构建的检测VP的光电化学适配体传感器是基于量子点敏化Bi2WO6-RE与Exo-I的辅助循环作用的传感模式,其优点以及特色如下:(1)Bi2WO6-RE/Au复合结构为工作电极的基底材料,能吸收模拟太阳光产生光电流,掺杂稀土粒子的上转换效应拓宽了光谱响应范围,增大了光电流强度。(2)利用GQDs作为敏化剂敏化Bi2WO6-RE,实现信号放大,再利用Exo-I辅助循环作用实现进一步的信号放大。未孵化时,量子点产生敏化作用,光电流强度响应增强。而当适配体传感器在VP和Exo-I中孵化后,量子点远离电极表面,敏化作用大大减弱,光电流强度也显著降低。该传感器实现了检测电流信号的放大。(3)通过VP菌体和其适配体的特异性结合,大大提高了实验的准确性以及特异性。(4))VP检测时间短,成本低廉,潜在的便携性。附图说明图1为本专利技术光电化学生物传感器工作电极的构建过程。图2为纯Bi2WO6和Er3+/Tm3+/Yb3+-Bi2WO6样品的XRD图。图3为样品BWO-31、BWO-32、BWO-33的上转换光谱图。图4为纯Bi2WO6和Er3+/Tm3+/Yb3+-Bi2WO6样品的光电流图。图中曲线a为纯Bi2WO6,曲线b为Er3+/Tm3本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种光电化学生物传感器的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1、制备Bi2WO6‑RE纳米粒子将2mmol的Bi(NO3)3·5H2O和1mmol的Na2WO4·2H2O分别溶于40mL的乙二醇和20mL的0.6M稀硝酸溶液,搅拌至溶解完全,分别得到溶液A和溶液B。将稀土硝酸盐溶液加入到溶液A中搅拌均匀。再将淡黄色的溶液B逐滴加入到A的混合溶液中,用NaOH溶液调节pH值到中性,搅拌使得混合溶液由淡黄色变为无色。将已经混合均匀的溶液转移到100mL的水热反应釜中,在一定温度下水热反应一定时间。冷却后先用乙醇然后再用去离子水清洗离心三次,在80℃干燥12h。干燥的粉体研磨,在一定温度下煅烧一定时间,随炉冷却到室温后再次研磨,得到Bi2WO6‑RE。步骤2、制备N掺杂的GQDs先将2g前驱物芘与80mL发烟硝酸混合后,在80℃下回流搅拌,将芘晶粒表面进行硝基功能化处理,取出反应物后过滤除酸后加入适量的氨水调节pH值,采用300W超声波分散处理后转移至聚四氟乙烯罐中,在一定温度下水热反应一定时间,待自然冷却后取出反应物过滤透析后在70℃下干燥得到N‑GQDs。步骤3、GQDs‑vDNA偶联物的制备720μLGQDs用100μL含有10mM EDC和10mM NHS的水溶液在室温下活化30min,然后将600μL 2μM过量的VP适配体vDNA加入到上述GQDs溶液中,持续搅拌过夜。所得溶液在4℃离心除去过量vDNA,即得到GQDs‑vDNA偶联物。步骤4、构建检测副溶血性弧菌的光电化学生物传感器工作电极将FTO电极先后用丙酮、氢氧化钠、去离子水清洗,烘干备用。将10mg Bi2WO6‑RE超声溶解于5mL水中,取20μL均匀溶液滴于面积为0.25cm...

【技术特征摘要】
1.一种光电化学生物传感器的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1、制备Bi2WO6-RE纳米粒子将2mmol的Bi(NO3)3·5H2O和1mmol的Na2WO4·2H2O分别溶于40mL的乙二醇和20mL的0.6M稀硝酸溶液,搅拌至溶解完全,分别得到溶液A和溶液B。将稀土硝酸盐溶液加入到溶液A中搅拌均匀。再将淡黄色的溶液B逐滴加入到A的混合溶液中,用NaOH溶液调节pH值到中性,搅拌使得混合溶液由淡黄色变为无色。将已经混合均匀的溶液转移到100mL的水热反应釜中,在一定温度下水热反应一定时间。冷却后先用乙醇然后再用去离子水清洗离心三次,在80℃干燥12h。干燥的粉体研磨,在一定温度下煅烧一定时间,随炉冷却到室温后再次研磨,得到Bi2WO6-RE。步骤2、制备N掺杂的GQDs先将2g前驱物芘与80mL发烟硝酸混合后,在80℃下回流搅拌,将芘晶粒表面进行硝基功能化处理,取出反应物后过滤除酸后加入适量的氨水调节pH值,采用300W超声波分散处理后转移至聚四氟乙烯罐中,在一定温度下水热反应一定时间,待自然冷却后取出反应物过滤透析后在70℃下干燥得到N-GQDs。步骤3、GQDs-vDNA偶联物的制备720μLGQDs用100μL含有10mMEDC和10mMNHS的水溶液在室温下活化30min,然后将600μL2μM过量的VP适配体vDNA加入到上述GQDs溶液中,持续搅拌过夜。所得溶液在4℃离心除去过量vDNA,即得到GQDs-vDNA偶联物。步骤4、构建检测副溶血性弧菌的光电化学生物传感器工作电极将FTO电极先后用丙酮、氢氧化钠、去离子水清洗,烘干备用。将10mgBi2WO6-RE超声溶解于5mL水中,取20μL均匀溶液滴于面积为0.25cm2的FTO电极上,自然晾干后,450℃空气气氛下煅烧30min,自然冷却至室温。再将FTO/Bi2WO6-RE电极浸入0.01MHAuCl4(pH=4.5)溶液中40min,于300℃下煅烧2h形成金纳米颗粒,即得FTO/Bi2WO6-RE/Au电极。将20μL在三(2-羧乙基)膦(TCEP)(0.5μL,10mM)溶液中活化1h的2μMVP适配体vD...

【专利技术属性】
技术研发人员:郝洪顺张作为侯红漫侯云霞郝寿辰毕景然张公亮闫爽
申请(专利权)人:大连工业大学
类型:发明
国别省市:辽宁,21

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