一种基于生物诱导生成的溴氧化铋/硫化铋半导体异质结光电化学检测有机磷农药的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于生物诱导生成的BiOBr/Bi

【技术实现步骤摘要】
一种基于生物诱导生成的溴氧化铋/硫化铋半导体异质结光电化学检测有机磷农药的方法
本专利技术涉及一种有机磷农药的检测方法，具体涉及一种基于生物催化诱导生成的BiOBr/Bi2S3半导体异质结光电化学检测有机磷农药的方法，属于光电化学生物分析领域。
技术介绍
农药作为杀灭杂草、昆虫、啮齿动物及真菌等各种害虫的武器，在现代农业中起着关键作用。其中，有机磷农药(OPs)是一种重要的农药，由于其高效和广谱性而被广泛用作杀虫剂和神经毒剂。但是，OPs的广泛使用会严重污染水资源，土壤和农产品。且残留物可以通过食物链转移到人体。值得注意的是，OPs将通过抑制乙酰胆碱酯酶(AChE)的活性而对人体中枢神经系统(CNS)产生危害。因此，对OPs的灵敏检测对环境保护和公共卫生变得越来越重要。目前，OPs的测定主要依靠气相色谱-质谱，液相色谱-串联质谱和高效液相色谱等色谱方法。但这些方法的缺点是需要昂贵的仪器，专业的操作人员和繁琐的样品处理，使得它们无法进行低成本和快速的OPs检测。因此，迫切需要探索具有成本效益，快速且高度灵敏的测定技术来监测OPs。
技术实现思路
为克服现有技术的不足与缺陷，本专利技术的目的是在于提供一种通过光电化学检测马拉硫磷的方法，该方法基于马拉硫磷与其适配体的特异性识别，巧妙设计了HCR信号扩增、类生物酶催化剂的生成以及生物催化诱导BiOBr/Bi2S3半导体异质结形成的信号放大策略，以实现对马拉硫磷的高灵敏度、高选择性的光电方法检测。为了实现上述技术目的，本专利技术基于生物催化诱导的BiOBr/Bi2S3半导体异质结构(BIFBSH)的形成和HCR合成的辣根过氧化物模拟酶的DNA串联体(HSHMDC)，提出可一种用于马拉硫磷(Mal)检测的新型PEC传感平台。具体在于，本专利技术提供了一种基于生物诱导生成的BiOBr/Bi2S3半导体异质结光电化学检测有机磷农药的方法，其包含以下步骤：1)将亲和素修饰的磁珠和生物素修饰的辅助DNA混合孵育后，先加入马拉硫磷适配体与辅助DNA杂交，再加入标准马拉硫磷溶液进行孵育，将部分辅助DNA还原生成单链，再加入发夹DNA链H1和H2触发HCR反应，形成一条富G螺旋dsDNA；HCR反应所得产物依次与Hemin和MnTMPyP分别进行孵育后，得到生物活性酶催化剂；将生物活性酶催化剂与Na2S2O3和H2O2混合液滴加至负载有BiOBr的电极表面，进行孵育后，置于抗坏血酸电解液中进行光电检测，得到光电流响应值；2)将一系列不同浓度的标准马拉硫磷溶液按步骤1)进行操作，获得一系列相应的光电流响应值，并构建马拉硫磷溶液浓度与光电流响应值之间的标准曲线；3)将待测马拉硫磷溶液按骤1)进行操作，获得相应光电流响应值，并根据标准曲线计算待测马拉硫磷溶液的浓度。作为一个优选的方案，亲和素修饰的磁珠和生物素修饰的辅助DNA在30～40℃温度，孵育10～30min。进一步优选，生物素修饰的辅助DNA(S1)在反应体系中的浓度为0.5～1.0μM，亲和素修饰的磁珠在反应体系中的浓度为4～6mgmL-1。作为一个优选的方案，马拉硫磷适配体与辅助DNA杂交过程为在30～40℃下孵育0.5～1.5h。进一步优选，马拉硫磷适配体在反应体系中的浓度为0.5～1.0μM。作为一个优选的方案，发夹DNA链H1和H2在使用之前均进行以下预处理：加热至90℃～100℃保温4～6分钟后，室温冷却。作为一个优选的方案，HCR反应所得产物先与Hemin在室温下孵育50～70min后，磁性分离，洗涤，再与MnTMPyP在室温下孵育20～30min。生物活性酶催化剂的生成过程：向HCR反应所得产物中加入Hemin溶液，孵育50～70min，使Hemin络合在双链DNA之中，形成DNAzyme；磁性洗涤后，加入MnTMPyP溶液，继续孵育20～30min，使MnTMPyP嵌入dsDNA中。进一步优选，Hemin溶液的浓度为0.5～1mgml-1，MnTMPyP溶液的浓度为2.5～5μM。作为一个优选的方案，所述表面负载有BiOBr的电极由BiOBr分散液滴加至电极表面经过干燥后得到。作为一个优选的方案，所述BiOBr通过以下制备方法得到：将硝酸铋与1-十二烷基-3-甲基咪唑鎓溴化物在乙二醇单甲醚介质中进行溶剂热反应，即得。作为一个优选的方案，所述溶剂热反应的温度为150～170℃，时间为12～36h。通过本专利技术的溶剂热反应制备的BiOBr具有花状结构，相对一般的BiOBr具有更高的比表面及活性，具体的制备方法如下：在搅拌下，将Bi(NO3)3·5H2O加入到乙二醇单甲醚中，随后，缓慢加入1-十二烷基-3-甲基咪唑鎓溴化物([C12Mim]Br)至上述溶液中，超声处理10～30min，形成澄清透明的混合液；将该混合液转移至高压釜中，在150～170℃的温度下水热反应12～36h；冷却至室温后，将所得乳白色粉末产物离心，分别用水和乙醇洗数次，收集乳白色粉末，在40～80℃干燥过夜后即得BiOBr粉末。更优选的方案，将Bi(NO3)3·5H2O(0.3g)溶解在10mL乙二醇单甲醚中，然后在匀速搅拌下缓慢加入0.6g1-十二烷基-3-甲基咪唑鎓溴化物([C12Mim]Br)，搅拌均匀后超声处理20min；将混合物转移到衬有特氟龙的不锈钢高压釜中，并加热到160℃反应24h；冷却后，可在高压釜底部观察到乳白色产品，交替用去离子水和乙醇洗涤3次，在80℃干燥过夜后即得BiOBr粉末。作为一个优选的方案，生物活性酶催化剂与Na2S2O3和H2O2混合液滴加至表面负载有BiOBr的电极表面进行孵育10～15min。作为一个优选的方案，发夹DNA链H1和H2以等体积等浓度加入。DNA链H1的序列为：5’-AGGGCGGGTGGTTTAGTCAAGATGGAGAATTGCTTCTTGACTGCTGGTGTTTGGGT-3’；DNA链H2的序列为：5’-TGGGTCAATTCTCCATCTTGACTAATCACCAGCAGTCAAGAATGGGTAGGGCGGG-3’。本专利技术通过杂交链式反应形成富G螺旋dsDNA的过程：先利用马拉硫磷与其适配体的特异性识别，使得磁珠上部分适配体脱除，仅保留辅助DNA，向含有辅助DNA的反应体系中滴加发夹DNA链H1和H2触发HCR反应，孵育后用Tris缓冲溶液磁性洗涤，释放出的辅助DNA(S1)可以和H1部分杂交配对，而H1剩下的部分可以和H2部分杂交配对，如此不断重复，最终在磁珠上形成一条很长的双螺旋DNA链。本专利技术的将生物活性酶催化剂与Na2S2O3和H2O2混合液滴加至表面负载有BiOBr的ITO电极表面，进行孵育，生成BiOBr/Bi2S3半导体异质结，更具体的方法包括以下步骤：(a)将BiOBr超声分散后滴加至ITO电极表面，室温下干燥，得到表面负载有BiOBr的ITO电极；(b)将生物活性酶催化剂与Na2S2O3和H2O2混合液滴加在BiOBr/ITO上，孵育数分钟。进一步优选，BiOBr分散液的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于生物诱导生成的BiOBr/Bi

【技术特征摘要】
1.一种基于生物诱导生成的BiOBr/Bi2S3半导体异质结光电化学检测有机磷农药的方法，其特征在于：包含以下步骤：
1)将亲和素修饰的磁珠和生物素修饰的辅助DNA混合孵育后，先加入马拉硫磷适配体与辅助DNA杂交，再加入标准马拉硫磷溶液进行孵育，将部分辅助DNA还原生成单链，再加入发夹DNA链H1和H2触发HCR反应，形成一条富G螺旋dsDNA；HCR反应所得产物依次与Hemin和MnTMPyP分别进行孵育后，得到生物活性酶催化剂；将生物活性酶催化剂与Na2S2O3和H2O2混合液滴加至负载有BiOBr的电极表面，进行孵育后，置于抗坏血酸电解液中进行光电检测，得到光电流响应值；
2)将一系列不同浓度的标准马拉硫磷溶液按步骤1)进行操作，获得一系列相应的光电流响应值，并构建马拉硫磷溶液浓度与光电流响应值之间的标准曲线；
3)将待测马拉硫磷溶液按骤1)进行操作，获得相应光电流响应值，并根据标准曲线计算待测马拉硫磷溶液的浓度。


2.根据权利要求1所述的一种基于生物诱导生成的BiOBr/Bi2S3半导体异质结光电化学检测马拉硫磷的方法，其特征在于：亲和素修饰的磁珠和生物素修饰的辅助DNA在30～40℃温度，孵育10～30min。


3.根据权利要求1所述的一种基于生物诱导生成的BiOBr/Bi2S3半导体异质结光电化学检测有机磷农药的方法，其特征在于：马拉硫磷适配体与辅助DNA杂交过程为：在30～40℃下孵育0.5～1.5h。


4.根据权利要求1所述的一种基于生物诱导生成的BiOBr/...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤娟，刘丽萍，熊鹏媛，李晶晶，曾志瑶，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：江西;36