本发明专利技术公开了一种基于氮掺杂石墨炔的电化学生物传感器的制备与应用，属于生物传感器技术领域。所述氮掺杂石墨炔的电化学生物传感器通过将氮掺杂石墨炔滴涂到工作电极表面，然后滴涂化学交联剂戊二醛，最后滴涂生物传感器的敏感单元酶。本发明专利技术的氮掺杂石墨炔具有非常大的比表面积、良好的导电性，有利于酶的稳定和固定，促进电子转移，提高传感器的灵敏度，可以用于实际样品中有机磷农药和酚类污染物的检测。检测。检测。
【技术实现步骤摘要】
一种基于氮掺杂石墨炔修饰的电化学生物传感器及其制备和应用
[0001]本专利技术属于生物传感器领域，尤其涉及到用于有机磷农药检测的乙酰胆碱酯酶传感器和用于酚类化合物检测的酪氨酸酶传感器的制备及其应用。
技术介绍
[0002]近几十年来，人口的迅速增长产生了对粮食的巨大需求，为了预防农作物病虫害从而提高作物产量，农药在粮食生产过程中作用显得尤为重要，尤其是有机磷农药。然而，有机磷农药是一种神经毒剂，其作用机理是与乙酰胆碱酯酶的活性位点结合从而产生不可逆的抑制作用，导致神经递质乙酰胆碱的累积，损害神经系统，对人体健康构成严重危害甚至死亡。近些年有机磷农药的大量使用已经导致其在环境中的广泛传播，它已经成为了危害人类健康和环境安全的重大隐患。因此，研究开发一种简单快速高效的检测环境样品中的有机磷农药的传感器成为亟待解决的问题。
[0003]酚类化合物是另一种在环境中广泛存在的污染物，酚类化合物是一种重要的工业原料，被广泛应用于合成农药、塑料、药物等化学品。工业制造产生的含酚废水是当今世界上污染范围最广的工业废水之一。此外，酚类化合物具有环境毒性效应，具有内分泌干扰效应，可导致癌症、发育和行为障碍。考虑到酚类污染物的巨大危害性以及广泛存在性，开发一种简单快速高效的检测环境样品中酚类化合物的传感器变得越来越重要。
[0004]目前，用于有机磷农药和酚类污染物检测的传统方法主要有高效液相色谱、气相色谱
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质谱联用、液相色谱
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质谱联用。这些方法可以提供非常准确的结果，但是存在着前处理复杂、耗时长、费用高、仪器设备体积巨大且需要专业的操作人员等缺点，无法适用于现场快速检测。而新兴的电化学酶生物传感器刚好可以弥补以上缺点，其可以作为传统检测方法的有效补充，可以满足用于现场的快速检测需求。
[0005]石墨炔(GDY)是一种新型的碳材料，属于非天然的碳的同素异形体，同时具有sp与sp2杂化的碳。由于石墨炔具有天然的孔隙、优异的电导率和载流子迁移率，目前已经被应用于储能、催化、光电化学等领域，而氮掺杂可以显著提高石墨炔的比表面积以及导电能力。目前国内外还没有基于氮杂石墨炔(NGDY)的电化学酶传感器的相关报道。
技术实现思路
[0006]鉴于此，本专利技术的目的是提供了一种简单快速高效的检测样品中的有机磷农药或和酚类污染物的生物传感器及其制备方法和应用。
[0007]本专利技术目的是通过以下方式实现：
[0008]本专利技术的目的是提供了一类基于氮掺杂石墨炔修饰玻碳电极的电化学生物传感器，所述氮掺杂石墨炔具有在石墨炔骨架及边缘引入含氮官能团或氮原子取代原有碳原子从而形成的大分子结构，基于氮掺杂石墨炔的高比表面积以及良好的导电性不仅有利于酶的大量负载，还有利于电活性物质的扩散传质，同时还能提高电极的导电性，增大电流信
号。专利技术设计了分别针对有机磷农药和酚类污染物检测的电化学生物传感器，这一类传感器具有灵敏度高、检出限低、选择性高、成本低且耗时短等优点，制备方法简单方便等优点，可用于有机磷农药和酚类污染物的现场检测。
[0009]一种基于氮掺杂石墨炔修饰的电化学生物传感器的制备方法，主要包括如下步骤：
[0010](1)在氨气氛围下，将石墨炔粉末程序升温至400～600℃，升温速率为1～10℃min
‑1，然后保持5～10h，获得氮掺杂石墨炔；
[0011](2)将步骤(1)制备的氮掺杂石墨炔配制成氮掺杂石墨炔分散液，滴加到电极表面，晾干，获得氮掺杂石墨炔覆盖的电极；
[0012](3)将戊二醛的水溶液滴加到步骤(2)制备的氮掺杂石墨炔覆盖的电极表面，晾干，获得氮掺杂石墨炔修饰的电极；
[0013](4)将模式酶的缓冲盐溶液滴加到步骤(3)制备的氮掺杂石墨炔修饰的电极表面，10～50℃条件下烘干，即得。
[0014]进一步地，步骤(1)所述氮掺杂石墨炔的制备的具体步骤为：将装入石墨炔粉末的石英舟放入管式炉，通入氨气，程序升温至500℃，升温速率为5℃min
‑1，然后保持6h，获得氮掺杂石墨炔。
[0015]进一步地，步骤(2)中所述的电极包括但不限于玻碳电极、金电极、纸电极、聚合物电极。
[0016]进一步地，步骤(2)中所述氮掺杂石墨炔分散液为氮掺杂石墨炔的水溶液，浓度为0.5～4.0mg mL
‑1，滴加的体积为2～10μL。
[0017]进一步地，步骤(3)中所述戊二醛的水溶液的浓度为0.1～0.5wt％，滴加的体积为2～10μL。
[0018]进一步地，步骤(4)中所述的模式酶包括但不限于乙酰胆碱酯酶、丁酰胆碱酯酶、酪氨酸酶、双酚氧化酶、漆酶。
[0019]进一步地，步骤(4)中所述缓冲盐溶液为Na2HPO4和NaH2PO4的等摩尔浓度混合水溶液，Na2HPO4和NaH2PO4的摩尔浓度均为20～100mmol/L，pH为6～8。
[0020]进一步地，步骤(4)中所述烘干的温度为30～35℃，时间为20～40min。
[0021]本专利技术进一步提供了由上述方法制备的基于氮掺杂石墨炔修饰的电化学生物传感器。
[0022]本专利技术进一步提供了上述基于氮掺杂石墨炔修饰的电化学生物传感器在检测样品中有机磷农药和/或酚类污染物中的应用。
[0023]进一步地，所述有机磷农药包括但不限于敌敌畏、对氧磷、对硫磷、马拉硫磷。
[0024]进一步地，所述酚类污染物包括但不限于苯酚、邻苯二酚、双酚A。
[0025]本专利技术还提供了使用乙酰胆碱酯酶作为模式酶的生物传感器检测有机磷农药的方法，所述的方法包括将制备的乙酰胆碱酯酶生物传感器浸入到不同浓度有机磷溶液孵育一定时间，采用差分脉冲伏安法进行检测，建立不同浓度有机磷农药与乙酰胆碱酯酶抑制率的标准曲线。
[0026]优选地，所述孵育时间为15min。
[0027]本专利技术还提供了使用酪氨酸酶作为模式酶的生物传感器检测酚类污染物的方法，
所述的方法包括将酪氨酸酶生物传感器放入空白检测溶液中，在工作电压下将已知浓度的酚类化合物中的一种或二种以上作为目标分析物连续加入到上述检测溶液中，同时进行电化学扫描并记录响应的电流
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时间曲线，建立不同浓度酚类污染物的电流
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时间曲线，进而获得酚类污染物浓度和电流值的标准曲线。
[0028]本专利技术相对于现有技术具有的有益效果如下：
[0029]1.本专利技术的氮掺杂石墨炔具有非常高的比表面积，有利于提高酶的负载量，氮掺杂石墨炔的多孔结构有利于电活性物质的扩散传质，氮掺杂石墨炔良好的导电性能够增强电流响应，从而有效的提高传感器的灵敏度。
[0030]2.本专利技术的电化学生物传感器制备过程简单、造价低廉、便于携带，检测耗时短，检测实际样品不需要复杂的前处理过程，适合现场检测。
[0031]3.本专利技术制备的电化学生物传感器对水体中的有机磷农药和酚类污染物的检测具有超高的灵敏度，与传统的色谱、质本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于氮掺杂石墨炔修饰的电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，主要包括如下步骤：(1)在氨气氛围下，将石墨炔粉末程序升温至400～600℃，升温速率为1～10℃min
‑1，然后保持5～10h，获得氮掺杂石墨炔；(2)将步骤(1)制备的氮掺杂石墨炔配制成氮掺杂石墨炔分散液，滴加到电极表面，晾干，获得氮掺杂石墨炔覆盖的电极；(3)将戊二醛的水溶液滴加到步骤(2)制备的氮掺杂石墨炔覆盖的电极表面，晾干，获得氮掺杂石墨炔修饰的电极；(4)将模式酶的缓冲盐溶液滴加到步骤(3)制备的氮掺杂石墨炔修饰的电极表面，10～50℃条件下烘干，即得。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氮掺杂石墨炔的制备的具体步骤为：将装入石墨炔粉末的石英舟放入管式炉，通入氨气，程序升温至500℃，升温速率为5℃min
‑1，然后保持6h，获得氮掺杂石墨炔。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的电极包括玻碳电极、金电极、纸电极、聚合物电极；所述氮掺杂石墨炔分散液为氮掺杂石墨炔的水溶液，浓度为0.5～4.0mg mL
‑1，滴加的体积为2～10μL。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述戊二醛的水溶液的浓度为0.1～0.5wt％...
【专利技术属性】
技术研发人员：牛凯，卢宪波，陈吉平，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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