用于有机磷农药检测的生物传感器及其制备与应用制造技术

本发明专利技术涉及电化学领域，尤其涉及一种用于有机磷农药检测的生物传感器及其制备与应用。所述生物传感器，包括工作电极、参比电极和对电极，所述工作电极为依次在基底电极表面修饰银纳米线、石墨烯、二氧化钛/壳聚糖复合材料、壳聚糖膜，而后固定乙酰胆碱酯酶和牛血清白蛋白的混合物所得。具有良好的灵敏度、特异性、重复性及稳定性。

Biosensor for organophosphorus pesticide detection and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
用于有机磷农药检测的生物传感器及其制备与应用
本专利技术涉及电化学领域，尤其涉及一种用于有机磷农药检测的生物传感器及其制备与应用。
技术介绍
过去几十年来，农药，特别是有机磷农药(OPs)，已被广泛用于保护农作物免受昆虫侵害。然而，有机磷农药可以抑制神经突触-乙酰胆碱酯酶(AChE)中的酶，导致人体内乙酰胆碱的积累，过度刺激其在突触中的受体并最终损害神经系统，对人类和动物造成危害。因此，高效简单和快速检测各种样品中的Ops的变得越来越必要。目前应用的测定OPs水平的方法中，电化学方法具有可靠性高，仪器操作和使用方法简单，结果获取的速度快，灵敏度高以及能够对复杂样品进行测定。但是，当前已经报道过的生物传感器主要的技术特征是在玻碳电极表面涂抹壳聚糖溶液，空气中放置干燥后加上乙酰胆碱酯酶，存在在灵敏度低、检测范围小、稳定性差等缺点。传感器由于不能很好的放大乙酰胆碱酯酶水解乙酰硫代胆碱的电信号，以及不能很好的固定生物酶、长时间保持酶的催化活性而使传感器的灵敏度和稳定性较差。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种用于有机磷农药检测的生物传感器及其制备与应用。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术第一方面提供一种用于有机磷农药检测的生物传感器，包括工作电极、参比电极和对电极，所述工作电极为依次在基底电极表面修饰银纳米线、石墨烯、二氧化钛/壳聚糖复合材料、壳聚糖，而后固定乙酰胆碱酯酶和牛血清白蛋白混合物所得。进一步的，每平方毫米的工作电极上，所述银纳米线质量为0.0355μg～0.071μg。.可选的，为0.071μg。进一步的，每平方毫米的工作电极上，所述石墨烯的质量为0.007μg～0.014μg。可选的，为0.014μg。进一步的，所述二氧化钛/壳聚糖复合材料是由以下方法制成后修饰到银纳米线-石墨烯修饰的电极表面：a.将钛酸四正丁酯、冰醋酸、去离子水、无水乙醇混合均匀得二氧化钛溶胶凝胶；b.将壳聚糖溶于水得壳聚糖水溶液；c.将所述壳聚糖水溶液与所述二氧化钛溶胶凝胶混合制得二氧化钛/壳聚糖复合材料。优选的，步骤a.中，钛酸四正丁酯、冰醋酸、去离子水、无水乙醇的摩尔比为1：1：4：50。优选的，步骤b.中，以壳聚糖水溶液的总量为基准计，所述壳聚糖的浓度为0.002g/ml。优选的，步骤c.中，用于制得二氧化钛/壳聚糖复合材料的二氧化钛溶胶凝胶与所述壳聚糖水溶液的混合体积比为99：1～95：5。包括99：1～97：3、97：3～95：5。具体的，可以是99：1、98：2、97：3、96：4、95：5。优选的，为99：1。进一步的，所述壳聚糖膜是通过在壳聚糖水溶液中给工作电极通电电镀到电极表面得到的。优选的，所述壳聚糖膜的电镀在壳聚糖体积分数为0.2％的壳聚糖水溶液中进行，其中，以壳聚糖水溶液总量为基准计。优选的，电镀条件为电镀电压-2.5V，时间10s～25s。包括10s～15s、15s～20s、20s～25s。例如，可以是10s、11s、12s、13s、14s、15s、16s、17s、18s、19s、20s、21s、22s、23s、24s、25s；优选的，为20s。进一步的，所述乙酰胆碱酯酶和牛血清白蛋白的混合物是由以下方法制成后修饰到银纳米线-石墨烯-二氧化钛/壳聚糖复合材料-壳聚糖膜修饰的电极表面：将乙酰胆碱酯酶溶解在牛血清白蛋白水溶液中得到乙酰胆碱酯酶和牛血清白蛋白的混合物。优选的，以乙酰胆碱酯酶和牛血清白蛋白的混合物为基准计，所述乙酰胆碱酯酶和牛血清白蛋白的浓度比为3mg/ml～5mg/ml：10mg/ml。例如，可以是3mg/ml：10mg/ml、4mg/ml：10mg/ml、5mg/ml：10mg/ml。再优选的，为5mg/ml：10mg/ml。进一步的，所述基底电极选自玻碳电极。优选的，所述基底电极直径为3mm。进一步的，所述生物传感器中的参比电极和对电极与工作电极构成三电极系统。优选的，所述参比电极选自饱和甘汞电极或银氯化银电极(Ag/AgCl)之任意一种；更优选的，所述参比电极为银/氯化银(Ag/AgCl)电极。优选的，所述对电极为铂丝电极。本专利技术第二方面提供一种生物传感器的工作电极的制备方法，所述方法为依次在基底电极表面修饰银纳米线、石墨烯、二氧化钛/壳聚糖复合材料，壳聚糖膜，而后固定乙酰胆碱酯酶和牛血清白蛋白的混合物。进一步的，所述工作电极的制备方法包括如下步骤：(1)制备二氧化钛/壳聚糖复合材料：d.将钛酸四正丁酯、冰醋酸、去离子水、无水乙醇混合均匀得二氧化钛溶胶凝胶；e.将壳聚糖溶于水得壳聚糖水溶液；f.将所述壳聚糖水溶液与所述二氧化钛溶胶凝胶混合制得二氧化钛/壳聚糖复合材料。(3)工作电极的修饰及功能化：g.基底电极表面处理：将基底电极表面进行抛光处理，使其表面光洁；h.修饰银纳米线、石墨烯：将银纳米线溶液、石墨烯溶液依次涂到步骤g.中处理好的基底电极表面，晾干，得到银纳米线-石墨烯修饰电极；i.修饰二氧化钛/壳聚糖复合材料：将步骤(1)中制备的二氧化钛/壳聚糖复合材料涂到所述银纳米线-石墨烯修饰电极，晾干，电镀壳聚糖膜，得到银纳米线-石墨烯-二氧化钛/壳聚糖复合材料-壳聚糖修饰电极；j.固定乙酰胆碱酯酶和牛血清白蛋白的混合物：在所述银纳米线-石墨烯-二氧化钛/壳聚糖复合材料-壳聚糖修饰电极上加乙酰胆碱酯酶和牛血清白蛋白的混合物，晾干，即得工作电极。进一步的，所述壳聚糖的分子式(C6H11NO4)N，单元体的分子量为161.2。优选的，步骤d.中，钛酸四正丁酯、冰醋酸、去离子水、无水乙醇的摩尔比为1：1：4：50；优选的，步骤e.中，以壳聚糖水溶液的总量为基准计，所述壳聚糖的浓度为0.002g/ml。优选的，步骤f.中，用于制得二氧化钛/壳聚糖复合材料的二氧化钛溶胶凝胶与所述壳聚糖水溶液的混合体积比为99：1～95：5。包括99：1～97：3、97：3～95：5，具体的，可以是99：1、98：2、97：3、96：4、95：5。优选的，为99：1。优选的，步骤g.中，所述基底电极选自玻碳电极。进一步的，所述基底电极直径为3mm。优选地，步骤g.中，可采用氧化铝粉对所述基底电极进行抛光处理。优选的，步骤h.中，以银纳米线水溶液的总量为基准计，所述银纳米线浓度为1mg/ml～2mg/ml。包括1mg/ml～1.5mg/ml、1.5mg/ml～2mg/ml。具体的，可以包括1mg/ml、1.2mg/ml、1.4mg/ml、1.5mg/ml、1.6mg/ml、1.8mg/ml、2mg/ml。优选的，为2mg/ml。以石墨烯水溶液的总量为基准计，所述石墨烯的浓度为0.2mg/ml～0.4mg/ml。包括0.2mg/ml～0.3mg/ml、0.3mg/ml～0.4m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于有机磷农药检测的生物传感器，包括工作电极、参比电极和对电极，所述工作电极为依次在基底电极表面修饰银纳米线、石墨烯、二氧化钛/壳聚糖复合材料、壳聚糖膜，而后固定乙酰胆碱酯酶和牛血清白蛋白的混合物所得。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于有机磷农药检测的生物传感器，包括工作电极、参比电极和对电极，所述工作电极为依次在基底电极表面修饰银纳米线、石墨烯、二氧化钛/壳聚糖复合材料、壳聚糖膜，而后固定乙酰胆碱酯酶和牛血清白蛋白的混合物所得。


2.根据权利要求1所述的用于有机磷农药检测的生物传感器，其特征在于，每平方毫米的工作电极上，所述银纳米线质量为0.0355μg～0.071μg。


3.根据权利要求1所述的用于有机磷农药检测的生物传感器，其特征在于，每平方毫米的工作电极上，所述石墨烯的质量为0.007μg～0.014μg。


4.根据权利要求1所述的用于有机磷农药检测的生物传感器，其特征在于，所述基底电极选自玻碳电极。


5.如权利要求1-4任一所述的生物传感器的工作电极的制备方法，所述方法为依次在基底电极表面修饰银纳米线、石墨烯、二氧化钛/壳聚糖复合材料，壳聚糖膜，而后固定乙酰胆碱酯酶和牛血清白蛋白的混合物。


6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述工作电极的制备方法包括如下步骤：
(1)制备二氧化钛/壳聚糖复合材料：
a.将钛酸四正丁酯、冰醋酸、去离子水、无水乙醇混合均匀得二氧化钛溶胶凝胶；
b.将壳聚糖溶于水得壳聚糖水溶液；
c.将所述壳聚糖水溶液与所述二氧化钛溶胶凝胶混合制得二氧化钛/壳聚糖复合材料。
(2)工作电极的修饰及功能化：
d.基底电极表面处理：将基底电极表面进行抛光处理，使其表面光洁；
e.修饰银纳米线、石墨烯：将银纳米线水溶液、石墨烯水溶液依次涂到步骤e.中处理好的基底电极表面，晾干，得到银纳米线-石墨烯修饰电极；
f.修饰二氧化钛/壳聚糖复合材料：将步骤(1)中制备的二氧化钛/壳聚糖复合材料涂到所述银纳米线-石墨烯修...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨连乔，汪波，胡华赢，张建华，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31