光电阴极间接竞争传感器的构建方法及评估方法技术

本发明专利技术属于生物传感器技术领域，具体提供了一种光电阴极间接竞争传感器的构建方法及评估方法，其中构建方法包括：利用Z型Bi2O3/CuBi2O4作为传感平台；利用密度泛函理论(DFT)计算Bi2O3和CuBi2O4的光致电子Z型转移路径和能带结构；构建基于Bi2O3/CuBi2O4的生物传感器。通过该方案制备的基于Bi2O3/CuBi2O4异质结的PEC光电阴极生物传感器检测靶标物,具有优良的重复性、重现性、稳定性和特异性。本申请方案所构建的PEC生物传感器在医疗保健、环境和食品领域具有广阔的应用前景。食品领域具有广阔的应用前景。食品领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
光电阴极间接竞争传感器的构建方法及评估方法


[0001]本专利技术涉及生物传感器
，更具体地，涉及光电阴极间接竞争传感器的构建方法及评估方法。

技术介绍

[0002]光电化学(PEC)生物传感器具有灵敏度高、操作简单、小型化、成本低等优点，已广泛应用于医疗保健、环境监测、食品安全等领域。目前剩下两个需要克服的问题是抗干扰和灵敏度。为了提高光电阴极的抗干扰能力，基于p型半导体的光电阴极传感器受到了越来越多的关注。光阴极传感器可以有效的避免光电极表面由空穴造成的光腐蚀，抵抗还原性物质的干扰。就PEC传感器灵敏度而言，高光电活性的纳米材料可以提高光生载流子的分离效率和光转化效率。与宽带隙半导体(TiO2,3.2eV；WO32.7eV)或有毒重金属(CdS,CsPbBr3)相比，CuBi2O4作为一个有前途的p型光电阴极材料，其优势在于具有适当的光学带隙(1.5
‑
1.8eV)，优秀的耐光性和催化活性,强烈的可见光响应,环境友好。因此，CuBi2O4在可见光光催化研究中越来越受到关注。但是，由于电子
‑
空穴对(e
‑
/h
+
)的快速复合，纯CuBi2O4光催化效率较低。
[0003]为了改善CuBi2O4的光催化性能，人们探索了各种策略，包括调节不同的形态、掺杂金属元素、与碳材料偶联或构建异质结构。利用TiO2/CuBi2O4、CuO/CuBi2O4、WO3/CuBi2O4和BiOCl/CuBi2O4等半导体开发异质结可以提高原始CuBi2O4的光电活性。异质结有助于PEC生物传感器的高性能，原因如下：
[0004]首先，合适的异质结结构具有很强的可见光吸收能力，从而实现高效的光收集。其次，VB和CB可以与能带位置适当对齐，加速e
‑
/h
+
迁移，减少电荷重组。以Agl/Ag/BiOl、In2O3/Bi4O7和CdSe
‑
Ag
‑
WO3‑
Ag为代表的Z型异质结具有捕光能力强、氧化还原能力强等优点，已被广泛应用于氯霉素的检测、抗生素的降解和析氢反应。但仍存在干扰能力低、通用性强、灵敏度不够的问题。且很少有论文使用PEC生物传感器进行间接竞争免疫测定。
[0005]因此，构建具有良好抗干扰能力和高灵敏度的PEC生物传感器是实际样品检测的一大挑战。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术中存在的在实际样品检测时，现有的PEC生物传感器抗干扰能力低且灵敏度低的技术问题。
[0007]本专利技术提供了光电阴极间接竞争传感器的构建方法，包括以下步骤：
[0008]S1，使用高温煅烧法合成Bi2O3/CuBi2O4，Bi2O3和CuBi2O4，将Bi2O3/CuBi2O4分散在分散液中，超声分散均匀后取滴涂于电极上，自然晾干，得到Bi2O3/CuBi2O4/ITO为基础的传感平台；
[0009]S2，利用广义梯度近似的Perdew
‑
Burke
‑
Ernzerhof方法进行处理；
[0010]S3，构建基于Bi2O3/CuBi2O4的黄曲霉毒素B1生物传感器。
[0011]优选地，所述S1具体包括：
[0012]将摩尔比为1:1:7到1:5:7的Cu(NO3)2·
3H2O、Bi(NO3)3·
5H2O和葡萄糖在石英玛瑙砂浆中研磨混合均一；
[0013]在陶瓷坩埚中60℃干燥数小时，得到无水前驱体；
[0014]将前驱体加热至400℃，在管式炉中保持20
‑
40分钟；
[0015]将得到的燃烧残渣在石英玛瑙砂浆中研磨，然后在陶瓷坩埚中在500℃下煅烧2
‑
6小时，最后得到的Bi2O3/CuBi2O4。
[0016]优选地，所述S2具体包括：对于Bi2O3(001)/CuBi2O4(100)异质结构，截止能量为520eV；
[0017]在2
×2×
1中设置k点进行几何优化，电子结构计算采用4
×4×
1网格；
[0018]将真空空间设置为以避免周期性交互，所有的结构都是松弛的，直到组成原子上的最大剩余力小于
[0019]优选地，所述S3具体包括：
[0020]取5微升戊二醛水溶液滴在Bi2O3/CuBi2O4/ITO上，室温孵育，用0.1MPBS冲洗去除未结合的戊二醛分子，得到GLD/Bi2O3/CuBi2O4/ITO；
[0021]在GLD/Bi2O3/CuBi2O4/ITO上滴涂一定浓度AFB1抗原溶液，4℃下孵育，用0.1MPBS冲洗，得到Ag/GLD/Bi2O3/CuBi2O4/ITO；
[0022]在Ag/GLD/Bi2O3/CuBi2O4/ITO上滴加1％BSA溶液，室温孵育，用0.1MPBS冲洗，得到BSA/Ag/GLD/Bi2O3/CuBi2O4/ITO,以阻断非特异性吸附；
[0023]基于Bi2O3/CuBi2O4的黄曲霉毒素B1生物传感器构建完成，保存与4℃的冰箱中待测。
[0024]优选地，所述光电阴极Bi2O3/CuBi2O4型PEC生物传感器检测AFB1的检测限为297.4fg/mL，线性范围为1.4pg/mL
‑
280ng/mL。
[0025]本专利技术还提供了PEC生物传感器的评估方法，包括：
[0026]采用人工尿液、湖水、花生和小麦样品，通过与高效液相色谱串联质谱(HPLC
‑
MS/MS)方法的比较，以评估所述PEC生物传感器的有效性；
[0027]利用扫描电镜(SEM)图像显示Bi2O3、CuBi2O4和Bi2O3/CuBi2O4的形貌结构；
[0028]采用Bi2O3/CuBi2O4为基础的PEC生物传感器进行竞争免疫分析，以判断所述PEC生物传感器用于AFB1的测定是否可行。
[0029]优选地，利用X射线衍射(XRD)测定Bi2O3、CuBi2O4和Bi2O3/CuBi2O4的晶体结构；
[0030]根据Bi2O3/CuBi2O4的XRD衍射峰，记录了Bi2O3/CuBi2O4结构组成前后的主要晶格，以评估纯化程度。
[0031]优选地，通过扫描TEM
‑
EDX观察Bi2O3/CuBi2O4的元素组成和分布，以评估是否形成Bi2O3/CuBi2O4异质结构，Cu、Bi和O元素在形貌中是否均匀分布。
[0032]优选地，通过紫外
‑
可见漫反射光谱(UV
‑
vis DRS)来评价Bi2O3、CuBi2O4和Bi2O3/CuBi2O4的光学性质。
[0033]优选地，通过电子自旋共振(ESR)用DMPO作为自旋捕获剂进行测量，检测所述PEC生物传感器的光生活性物质
·
O2‑
和
·
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电阴极间接竞争传感器的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，使用高温煅烧法合成Bi2O3/CuBi2O4，及Bi2O3和CuBi2O4，将Bi2O3/CuBi2O4分散在分散液中，超声分散均匀后取滴涂于电极上，自然晾干，得到Bi2O3/CuBi2O4/ITO为基础的传感平台；S2，利用广义梯度近似的Perdew
‑
Burke
‑
Ernzerhof方法进行处理；S3，构建基于Bi2O3/CuBi2O4的传感器。2.根据权利要求1所述的光电阴极间接竞争传感器的构建方法，其特征在于，所述S1具体包括：将摩尔比为1:1:7到1:5:7的Cu(NO3)2·
3H2O、Bi(NO3)3·
5H2O和葡萄糖在石英玛瑙砂浆中研磨5
‑
10分钟；在陶瓷坩埚中60℃干燥数小时，得到无水前驱体；将前驱体加热至400℃，在管式炉中保持20
‑
40分钟；将得到的燃烧残渣在石英玛瑙砂浆中研磨，然后在陶瓷坩埚中在500℃下煅烧2
‑
6小时，最后得到的Bi2O3/CuBi2O4。3.根据权利要求1所述的光电阴极间接竞争传感器的构建方法，其特征在于，所述S2具体包括：对于Bi2O3(001)/CuBi2O4(100)异质结构，截止能量为520eV；在2
×2×
1中设置k点进行几何优化，电子结构计算采用4
×4×
1网格；将真空空间设置为以避免周期性交互，所有的结构都是松弛的，直到组成原子上的最大剩余力小于4.根据权利要求1所述的光电阴极间接竞争传感器的构建方法，其特征在于，所述S3具体包括：取3
‑
10微升戊二醛水溶液滴在Bi2O3/CuBi2O4/ITO上，室温孵育30
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60分钟，用0.1M PBS冲洗去除未结合的戊二醛分子，得到GLD/Bi2O3/CuBi2O4/ITO；在GLD/Bi2O3/CuBi2O4/ITO上滴涂一定浓度靶标物抗原溶液，4℃下孵育，用0.1M PBS冲洗，得到Ag/GLD...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兆威，吴文琴，陈肖，程玲，喻理，王秀嫔，李培武，
申请(专利权)人：中国农业科学院油料作物研究所，
类型：发明
国别省市：