一种用于实时检测环境中新冠病毒的电化学传感器及其制备方法和应用技术

一种用于实时检测环境中新冠病毒的电化学传感器及其制备方法和应用，实时检测各种环境中的新冠病毒，并可以再生后重复使用。以新冠病毒表面蛋白为模板，用自由基聚合的方法制备对新冠病毒具有特异性识别能力的功能材料MIP；将玻碳电极经氧化铝粉末抛光，去离子水清洗电极，涂覆全氟磺酸

【技术实现步骤摘要】
一种用于实时检测环境中新冠病毒的电化学传感器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种实时检测环境中新冠病毒的电化学传感器，即将对新冠病 毒具有选择性识别能力的功能材料负载于电极制备电化学传感器，能够实时检 测各种环境中的新冠病毒，并可以再生后重复使用。

技术介绍

[0002]新型冠状病毒(SARS
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CoV
‑
2)导致的新型冠状病毒肺炎(COVID
‑
19)疫情 在全球的蔓延已经波及绝大多数国家和地区，感染人数达数千万，为公共健康 和人类发展带来巨大灾难。除在人群中感染，在环境样品中检出新冠病毒的情 况逐渐增加，环境中新冠病毒再次感染人群的案例也越来越多，已经成为新冠 病毒传播的一种新的形式。因此，开展环境中新冠病毒的检测至关重要。
[0003]当前新冠病毒检测手段主要针对人体，包括核酸检测方法，免疫学检测方 法和病毒分离鉴定等。核酸检测准确率很高，在感染早期即可呈现阳性，相关 专利已有较多涉及，如专利“一种新冠病毒检测试剂盒及其检测方法 (CN112048574A)”设计了一系列检测新型冠状病毒的引物探针组。但该方法检 测程序复杂、费时，对于样品的保存、核酸提取、操作人员的熟练程度以及操 作环境都有较高的要求。酶联免疫吸附剂测定法是利用抗原与抗体特异性结合 进行免疫反应的定性和定量检测方法，如专利“一种新型冠状病毒蛋白的快速 免疫方法及其应用(CN202011529108.1)”公开了一种新型冠状病毒抗体检测试 剂盒及其制备方法，所述试剂盒包括各自独立包装的试剂1与试剂2，试剂2至 少包括包被有新冠蛋白的胶乳微粒，用于与被测样本中的新型冠状病毒抗体发 生抗原抗体反应，以形成凝集使浊度改变并得到被测样本中的新型冠状病毒抗 体含量。但此类方法准确率受限且检测较慢，常不能实现早期诊断。病毒分离 方法需要数天培养，特异性和敏感性都会低于核酸检测法。而且，上述方法都 主要用于人体中新冠病毒的检测，而环境中因素复杂、影响因素众多，导致上 述方法的可用性进一步降低。开发一种简便、快速、识别能力强、灵敏度高， 适用于环境中新冠病毒检测的方法有着重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于制备一种可用于环境中新冠病毒检测的电化学传感器， 该电极能够选择性识别各种环境中的新冠病毒，可用于空气和水等环境中新冠 病毒的实时在线检测。
[0005]本专利技术提供的用于实时检测环境中新冠病毒的电化学传感器，包括玻碳电 极和玻碳电极表面均匀涂覆的功能材料，涂覆厚度为0.14
‑
1.4mm；其中功能材 料的结构为碳纳米管为基底，被聚丙烯酰胺包覆，聚丙烯酰胺表层镶嵌有新冠 病毒表面蛋白印迹；该传感器能够定量检测环境中新冠病毒的浓度，检测范围 达10ng/L
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100ug/L，准确率达84
‑
89％，该传感器能够再生后重复利用，重复利 用的准确率达88％
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93％。
[0006]本专利技术提供了该用于实时检测环境中新冠病毒的电化学传感器的制备方法： 将具有对新冠病毒具有选择性识别能力的材料负载于玻碳电极，制备新冠病毒 检测的电化学传感器，用于实时检测环境中新冠病毒，并在检测后对材料进行 再生利用，其方案如下：
[0007]1)将羧基化碳纳米管(CNTs
‑
COOH)溶于水分散为稳定悬浊液，加入N
‑ꢀ
羟基琥珀酰亚胺(NHS)和碳二亚胺盐酸盐(EDAC)振荡后离心后清洗沉淀。 沉淀加入新冠病毒表面蛋白，振荡后离心，去离子水清洗沉淀。CNTs
‑
COOH和 NHS的质量比在(3～12):1，CNTs
‑
COOH和EDAC的质量比在(4～20):1；CNTs
‑
COOH和新冠病毒表面蛋白的质量比在(25～100):1。
[0008]2)将步骤1)中的沉淀重悬后加入丙烯酰胺(AAM)、N,N
’‑
亚甲基双丙 烯酰胺(NNMBA)和过硫酸盐，振荡3
‑
6小时后离心，去离子水清洗沉淀。将 沉淀加入弱酸溶液振荡3
‑
12h后充分清洗，后干燥去水得到待负载至电极的材 料(MIP)。CNTs
‑
COOH和AAM的质量比在(0.5～2):1；CNTs
‑
COOH和NNMBA 的质量比在(0.2～1):1；CNTs
‑
COOH和过硫酸盐的质量比在(3～15):1。
[0009]3)将玻碳电极经氧化铝粉末抛光，去离子水清洗电极，涂覆0.4～0.7uL/mm2Nafion(全氟磺酸
‑
聚四氟乙烯共聚物)溶液(质量浓度为0.1％
‑
2％)。将步骤2) 中的材料MIP在溶液中分散，超声2
‑
30min得到稳定悬浊液，取0.14～1.4uL/mm
2 MIP分散液滴涂在打磨好的电极上，室温晾干，在浸泡液中浸泡2
‑
30min，去离 子水清洗后干燥，得到新冠病毒电化学传感器。
[0010]4)使用制备的新冠病毒电化学传感器检测实际水环境中的新冠病毒，操作 方案如下：
[0011]配制不同梯度浓度的新冠病毒溶液，终浓度分别为1ng/L
‑
10ug/L，将制备 的电化学传感器置于上述新冠病毒溶液1
‑
30min，随后取出清洗，应用电化学工 作站中的DPV方法读取峰值电流，建立新冠病毒蛋白浓度与信号之间的标准曲 线。另外将新冠病毒电化学传感器置于未知浓度的新冠病毒溶液中，根据测得 的峰值电流和上述标准曲线得出新冠病毒的浓度。另外将浓度与标准方法(BCA 试剂盒)对比，确定该方法测定的准确率。
[0012]5)对制备的新冠病毒电化学传感器进行再生重复利用，操作方案如下：
[0013]将新冠病毒加入缓冲液，使终浓度为10ng/L
‑
100ug/L，将制备的电化学传 感器置于上述新冠病毒溶液1
‑
30min，随后取出清洗，应用电化学工作站中的 DPV方法读取峰值电流。将上述电化学传感器置于碱性次氯酸盐中反应5
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60min， 取出清洗后置于新冠病毒蛋白溶液(10ng/L
‑
100ug/L)1
‑
30min，再次测定峰 值电流。
[0014]优选步骤1)中CNTs
‑
COOH悬浊液的浓度优化为5
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20mg/mL；新冠病毒表 面蛋白优化为衣壳蛋白或S蛋白。
[0015]优选步骤2)中过硫酸盐优化为过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵；弱酸溶液 种类优化为草酸或醋酸，浓度优化为0.5～2mol/L。
[0016]优选步骤3)中玻碳电极的直径优化为3mm
‑
8mm。氧化铝粉末抛光的粒 径优化为分别经1～5mm、0.5～0.8mm和0.2～0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于实时检测环境中新冠病毒的电化学传感器，其特征是：包括玻碳电极和玻碳电极表面均匀涂覆的功能材料，涂覆厚度为0.14
‑
1.4mm；其中功能材料的结构为碳纳米管为基底，被聚丙烯酰胺包覆，聚丙烯酰胺表层镶嵌有新冠病毒表面蛋白印迹；该传感器能够定量检测环境中新冠病毒的浓度，检测范围达10ng/L
‑
100ug/L，准确率达84
‑
89％，该传感器能够再生后重复利用，重复利用的准确率达88％
‑
93％。2.一种权利要求1所述的用于实时检测环境中新冠病毒的电化学传感器的制备方法，其特征是：以新冠病毒表面蛋白为模板，用自由基聚合的方法制备对新冠病毒具有特异性识别能力的功能材料MIP；将玻碳电极经氧化铝粉末抛光，去离子水清洗电极，涂覆全氟磺酸
‑
聚四氟乙烯共聚物Nafion溶液；将上述MIP在溶液中分散，超声后得到稳定悬浊液，将MIP分散液滴涂在打磨好的电极上，经室温晾干、浸泡、去离子水清洗后干燥，得到新冠病毒电化学传感器。3.根据权利要求2所述的方法，其特征是包括以下步骤：1)将羧基化碳纳米管CNTs
‑
COOH溶于水分散为稳定悬浊液，加入N
‑
羟基琥珀酰亚胺NHS和碳二亚胺盐酸盐EDAC振荡后离心后清洗沉淀；沉淀加入新冠病毒表面蛋白，振荡后离心，去离子水清洗沉淀；其中：CNTs
‑
COOH和NHS的质量比为(3～12):1，CNTs
‑
COOH和EDAC的质量比为(4～20):1；CNTs
‑
COOH和新冠病毒表面蛋白的质量比为(25～100):1；2)将步骤1)中的沉淀重悬后加入丙烯酰胺AAM、N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺NNMBA和过硫酸盐，振荡3
‑
6小时后离心，去离子水清洗沉淀；将沉淀加入弱酸溶液振荡3
‑
12h后充分清洗，后干燥去水得到待负载至电极的材料MIP；其中：CNTs
‑
COOH和AAM的质量比为(0.5～2):1；CNTs
‑
COOH和NNMBA的质量比为(0.2～1):1；CNTs
‑
COOH和过硫酸盐的质量比为(3～15):1；3)将玻碳电极经氧化铝粉末抛光，去离子水清洗电极，涂覆0.4～0.7uL/mm2、质量浓度为0.1％
‑
2％的全氟磺酸
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗义，袁青彬，胡文进，毛大庆，
申请(专利权)人：罗义，
类型：发明
国别省市：