一种用于农药检测的高灵敏度传感器的制备方法及其产品和应用技术

本发明专利技术涉及一种用于农药检测的高灵敏度传感器的制备方法及其产品和应用，包括：生物酶层、纳米粒子层/聚合物层和电极基体，其中所述的纳米粒子为Ag‑SiO

【技术实现步骤摘要】
一种用于农药检测的高灵敏度传感器的制备方法及其产品和应用
本专利技术涉及一种化学传感器，具体是一种用于农药检测的高灵敏度传感器的制备方法及其产品和应用。
技术介绍
残留农药随着食物链进入人体体内，能够抑制人体内胆碱酯酶的活性，造成神经传导介质的代谢混乱，引起各类急性、慢性中毒情况，如运动失调、昏迷、瘫痪甚至死亡。因此对有机磷农药进行及时、准确、灵敏的监控和检测，成为亟待解决的迫切问题。传统的农药残留检测方法主要有：气相色谱-质谱联用法、高效液相色谱法、光谱法、免疫分析法、化学发光法等。尽管能比较准确地检测农药的残留量，但是存在设备昂贵，样品前处理方法繁琐、分析周期长等缺点。电化学检测技术由于具有灵敏度高、速度快、操作简便等优点而广泛用于样品的检测。由于农药的残余的含量很低，因此开发出高灵敏度的电化学传感器对于农药残余的检测具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种用于农药检测的高灵敏度传感器的制备方法。本专利技术的再一目的在于：提供一种上述方法制备的用于农药检测的高灵敏度传感器产品。本专利技术的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。本专利技术目的通过下述方案实现：一种用于农药检测的高灵敏度传感器的制备方法，其特征在于包括：生物酶层、纳米粒子层/聚合物层和电极基体，其中所述的纳米粒子为Ag-SiO2；所述的电极基体为玻碳材质的电极基体；所述的酶溶液为乙酰胆碱酶和壳聚糖醋酸溶液，具体步骤如下：（1）取SiO2粉末超声分散于二次蒸馏水中，加入柠檬酸钠溶液，边搅拌边缓慢加入硼氢化钠和硝酸银，搅拌一定时间，即得到Ag-SiO2复合纳米粒子的分散溶液；（2）将清洗过的玻碳电极放入M聚合物单体溶液中，通氮气30分钟后，采用三电极体系进行恒电流电沉积，然后将所得修饰电极进行电化学还原，获得聚合物复合材料修饰电极；（3）取2μL~20μLAg-SiO2纳米粒子分散溶液滴涂在晾干的聚合物复合材料修饰电极表面，自然晾干，将1μL~20μL的AChE(100U/mL)与等体积的0.5mg/mL~5mg/mL壳聚糖醋酸溶液混合均匀，并取混合溶液1μL~20μL滴涂在修饰电极上，自然晾干，即得Ag-SiO2纳米粒子/聚合物修饰的乙酰胆碱酶生物传感器。所述的M聚合物单体为吡咯、苯胺、3,4-乙烯二氧噻吩中的一种。本专利技术提供一种用于农药检测的高灵敏度传感器，根据上述任一所述的方法制备得到。本专利技术提供一种高灵敏度传感器用于有机磷农药检测的应用。本专利技术通过以下步骤进行检测：乙酰胆碱酯酶催化底物硫代乙酰胆碱（ATCh）水解，生成产物硫代胆碱和醋酸，硫代胆碱在特定电位下易被氧化，产生电流，电流信号大小与硫代胆碱浓度成线性关系。利用CHI832型电化学系统记录下在+0.6V下传感器对不同浓度ATCh的i-t响应和工作曲线；在+0.6V工作电位下待传感器信号稳定后在PBS中加入已知浓度的ATCh，搅拌5.0min，待电流稳定后在静止的溶液中记录所产生的稳态电流I1；在另一份同样条件的ATCh溶液中加入一定浓度的农药，搅拌后静置几分钟后测定存在各种不同浓度有机磷农药的稳态电流I2。由于酶的活性被抑制导致电流下降，电流下降的程度与溶液中的有机磷农药的浓度成正比，并且抑制率(I1-I2)/I1与有机磷浓度的对数成线性关系，因此可以通过测定酶活性的降低来检测有机磷农药的浓度。本专利技术所述方法能够以简单步骤实现有机磷农药浓度的检测，该传感器对现有机磷农药的检测限为1.0×10-13mol/L。本专利技术的优越性在于：提供了一种快速、灵敏、简便的有机磷农药检测的传感器。本传感器是基于生物识别的高度专一性和纳米材料对电化学检测信号的放大作用，将生物化学、纳米材料、传感技术三者相结合，构建了新型复合纳米材料修饰的酶传感器。附图说明图1为实施例1所制备的传感器在工作电位+0.6V下对硫代乙酰胆碱的i-t工作曲线。具体实施方式实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1一种用于农药检测的高灵敏度传感器，该传感器中包括：生物酶层、纳米粒子层/聚合物层和电极基体，所述的纳米粒子为Ag-SiO2；所述的电极基体为玻碳材质的电极基体；所述的酶溶液为乙酰胆碱酶和壳聚糖醋酸溶液，按如下步骤制备：（1）取3mg平均直径为20nm的SiO2粉末超声分散于50mL二次蒸馏水中，加入2.5mL0.1mol/L柠檬酸钠溶液，搅拌10min，边搅拌边缓慢加入8mL0.5mol/L硼氢化钠和0.25mL0.1mol/L硝酸银，搅拌1小时，即得到Ag-SiO2复合纳米粒子的分散溶液；（2）将裸玻碳电极用0.5μm直径的Al2O3糊在麂皮上打磨抛光，使成镜面，依次在丙酮、体积比为1:1的HNO3、NaOH(1mol/L)及二次水中超声处理，将清洗过的玻碳电极放入含有0.1M的吡咯单体和0.5mg/ml氧化石墨烯水溶液，通氮气30分钟后，采用三电极体系进行恒电流电沉积，施加电流为0.5mAcm-2,电沉积的电量为1.2库伦；然后将所得到的聚吡咯膜洗净后在放置在三电极体系中进行电化学还原，施加电压为1.1V,电解液为PBS缓冲溶液，反应后用水反复清洗即可得到导电聚合物复合材料修饰电极；（3）取8μLAg-SiO2纳米粒子分散溶液滴涂在晾干的聚合物复合材料修饰电极表面，自然晾干，将2μL的AChE(100U/mL)与等体积的1mg/mL壳聚糖醋酸溶液混合均匀，并取混合溶液8μL滴涂在修饰了纳米粒子/导电聚合物的电极上，自然晾干，即得Ag-SiO2纳米粒子/聚合物修饰的乙酰胆碱酶生物传感器。该产品作为有机磷农药检测传感器，在工作电位+0.6V下对不同浓度的硫代乙酰胆碱的i-t响应工作曲线见图1所示。实施例2一种用于农药检测的高灵敏度传感器，与实施例1近似，按如下步骤制备：（1）取3mg平均直径为30nm的SiO2粉末超声分散于35mL二次蒸馏水中，加入1.88mL0.1mol/L柠檬酸钠溶液，搅拌10min，边搅拌边缓慢加入5mL0.5mol/L硼氢化钠和0.35mL0.1mol/L硝酸银，搅拌2小时，即得到Ag-SiO2复合纳米粒子的分散溶液；（2）将裸玻碳电极用0.5μm直径的Al2O3糊在麂皮上打磨抛光，使成镜面，依次在丙酮、体积比为1:1的HNO3、NaOH(1mol/L)及二次水中超声处理；将清洗过的玻碳电极放入含有0.2M的吡咯单体和1.0mg/ml氧化石墨烯水溶液中，通氮气30分钟后，采用三电极体系进行恒电流电沉积，施加电流为2mAcm-2,电沉积的电量为2.0库伦；将所得到的聚吡咯膜洗净后在放置在三电极体系中进行电化学还原，施加电压为1.2V,电解液为PBS缓冲溶液，反应后用水反复清洗即可得到导电聚合物复合材料修饰电极；...

【技术保护点】
1.一种用于农药检测的高灵敏度传感器的制备方法，其特征在于，所述的传感器包括：生物酶层、纳米粒子层/聚合物层和电极基体，其中，所述的纳米粒子为Ag- SiO

【技术特征摘要】
1.一种用于农药检测的高灵敏度传感器的制备方法，其特征在于，所述的传感器包括：生物酶层、纳米粒子层/聚合物层和电极基体，其中，所述的纳米粒子为Ag-SiO2；所述的电极基体为玻碳材质的电极基体；所述的酶溶液为乙酰胆碱酶和壳聚糖醋酸溶液，包括如下制备步骤：
（1）取SiO2粉末超声分散于二次蒸馏水中，加入柠檬酸钠溶液，边搅拌边缓慢加入硼氢化钠和硝酸银，充分搅拌，即得到Ag-SiO2复合纳米粒子的分散溶液；
（2）将清洗过的玻碳电极放入M聚合物单体溶液中，通氮气30分钟后，采用三电极体系进行恒电流电沉积，然后将所得修饰电极进行电化学还原，获得聚合物复合材料修饰电极；
（3）取2μL~20μLAg-SiO2纳米粒子分散溶液滴涂在晾干的聚合物复合材料修饰电极表面，自然晾干，将1μL~20μL的AChE(100U/mL)与等体积的0.5mg/mL~5mg/mL壳聚糖醋酸溶液混合均匀，并取混合溶液1μL~20μL滴涂在修饰电极上，自然晾干，即得Ag-SiO2纳米粒子/聚合物修饰的乙酰胆碱酶生物传感器。


2.根据权利要求1所述农药检测的高灵敏度传感器的制备方法，其特征在于所述的M聚合物单体为吡咯、苯胺、3,4-乙烯二氧噻吩中的一种。


3.根据权利要求1或2所述农药检测的高灵敏度传感器的制备方法，其特征在于，按如下步骤制备：
（1）取3mg平均直径为20nm的SiO2粉末超声分散于50mL二次蒸馏水中，加入2.5mL0.1mol/L柠檬酸钠溶液，搅拌10min，边搅拌边缓慢加入8mL0.5mol/L硼氢化钠和0.25mL0.1mol/L硝酸银，搅拌1小时，即得到Ag-SiO2复合纳米粒子的分散溶液；
（2）将裸玻碳电极用0.5μm直径的Al2O3糊在麂皮上打磨抛光，使成镜面，依次在丙酮、体积比为1:1的HNO3、NaOH(1mol/L)及二次水中超声处理，将清洗过的玻碳电极放入含有0.1M的吡咯单体和0.5mg/ml氧化石墨烯水溶液，通氮气30分钟后，采用三电极体系进行恒电流电沉积，施加电流为0.5mAcm-2,电沉积的电量为1.2库伦；然后将所得到的聚吡咯膜洗净后在放置在三电极体系中进行电化学还原，施加电压为1.1V,电解液为PBS缓冲溶液，反应后用水反复清洗即可得到导电聚合物复合材料修饰电极；
（3）取8μLAg-SiO2纳米粒子分散溶液滴涂在晾干的聚合物复合材料修饰电极表面，自然晾干，将2μL的AChE(100U/mL)与等体积的1mg/mL壳聚糖醋酸溶液混合均匀，并取混合溶液8μL滴涂在修饰了纳米粒子/导电聚合物的电极上，自然晾干，即得Ag-SiO2纳米粒子/聚合物修饰的乙酰胆碱酶生物传感器。
该产品作为有机磷农药检测传感器，在工作电位+0.6V下对不同浓度的硫代乙酰胆碱的i-t响应工作曲线见图1所示。


4.根据权利要求1或2所述农药检测的高灵敏度传感器的制备方法，其特征在于，按如下步骤制备：
（1）取3mg平均直径为30nm的SiO2粉末超声分散于35mL二次蒸馏水中，加入1.88mL0.1mol/L柠檬酸钠溶液，搅拌10min，边搅拌边缓慢加入5mL0.5mol/L硼氢化钠和0.35mL0.1mol/L硝酸银，搅拌2小时，即得到Ag-SiO2复合纳米粒子的分散溶液；
（2）将裸玻碳电极用0.5μm直径的Al2O3糊在麂皮上打磨抛光，使成镜面，依次在丙酮、体积比为1:1的HNO3、NaOH(1mol/L)及二次水中超声处理；将清洗过的玻碳电极放入含有0.2M的吡咯单体和1.0mg/ml氧化石墨烯水溶液中，通氮气30分钟后，采用三电极体系进行恒电流电沉积，施加电流为2mAcm-2,电沉积的电量为2.0库伦；将所得到的聚吡咯膜洗净后在放置在三电极体系中进行电化学还原，施加电压为1.2V,电解液为PBS缓冲溶液，反应后用水反复清洗即可得到导电聚合物复合材料修饰电极；
（3）取13μLAg-SiO2纳米粒子分散溶液滴涂在晾干的聚合物复合材料修饰电极表面，自然晾干，将10μL的AChE(100U/mL)与等体积的1mg/mL壳聚糖醋酸溶液混合均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔大祥，王丹，蔡葆昉，金彩虹，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31