基于适配体的比色和电化学双模式可视化Pb(Ⅱ)电化学传感器制造技术

基于适配体的比色和电化学双模式可视化Pb(Ⅱ)电化学传感器的制备方法，属于材料科学与电化学传感器相结合的技术领域；本发明专利技术采用功能化适配体来修饰玻碳电极，实现传感器对Pb(Ⅱ)的双模式检测；Pb(Ⅱ)发挥特异性剪切酶作用，剪切适配体，使得Au@Pd NPs功能化的适配体链结合到电极上，以实现电化学信号的增强，采用差分脉冲伏安法，根据电化学信号强度的变化实现Pb(Ⅱ)的电化学检测；Au@Pd NPs的多孔核壳结构为过氧化氢提供充足活性位点，发挥过氧化氢酶作用，催化过氧化氢，引起底物3,3

【技术实现步骤摘要】
基于适配体的比色和电化学双模式可视化Pb(Ⅱ)电化学传感器


[0001]本专利技术涉及一种电化学传感器和这种传感器的制备方法以及使用方法，属于材料科学与电化学传感器相结合的


技术介绍

[0002]重金属污染已成为一个全球性的环境问题，工业制造、农业生产和运输的废气、液体和固体废物中所含的重金属通过食物链进入环境和人体，造成严重的累积危害；食用菌在世界各地广泛分布，锯末等农业废弃物是食用菌的主要生长基质，它们可以利用生物聚合物（木质纤维素等）作为营养来源；因此，由于环境中的重金属污染，食用菌中的重金属含量较高，将对食品安全造成严重危害。
[0003]目前，传统的重金属检测方法，如原子吸收光谱法（AAS）、电感耦合等离子体质谱仪（ICP
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MS）、原子荧光光谱法（AFS）和X射线荧光光谱法（XRFS）都依赖于大型设备，不仅成本高昂，而且需要专业人员操作，因此，有必要开发一种成本低、选择性高、稳定性强的重金属检测方法。
[0004]电化学检测技术具有检测时间短、特异性强、仪器体积小的特点，适合快速现场检测；金属纳米颗粒易于合成，成本低，具有优异的电催化性能和良好的生物相容性，金钯双金属纳米粒子独特的多孔核壳结构赋予其大比表面积和大量过氧化氢催化位点；在过氧化氢的存在下，基板3,3
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,5,5
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四甲基联苯胺（TMB）将其电子转移到纳米材料，并能进一步氧化为蓝色产物（ox TMB）；特定适配体和电化学传感器的结合可以大大提高检测重金属离子的灵敏度；脱氧核酶8
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17是一种DNA金属酶，在二价金属离子存在下催化RNA酯交换；Pb(II)脱氧核酶由酶链和底物链组成，在靶Pb(II)存在下可将4条底物链拆分为两段，增强了铅离子的特异性检测。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于制备一种基于适配体的双模式可视化Pb(II)电化学传感器，通过提高电化学传感器检测重金属离子的专一性与选择性，将视觉预测和精确的电化学定量结合，实现重金属铅的高效特异性检测。
[0006]本专利技术的技术方案为：所述的一种基于适配体的双模式可视化电化学Pb(II)传感器的制备方法，所用的适配体S2具有铅离子特异性识别位点，可被铅离子特异性剪切；首先在预处理过的电极表面滴加银纳米粒子形成均匀表层，滴加适配体链S1
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S2以及一定浓度的铅，铅离子使S2裂解，将S1暴露于电极表面，滴加长链S4与S1杂交，再滴加带有金钯双金属纳米粒子的S3链与S4剩余暴露部分杂交，构建成完整传感器，采用差分脉冲伏安法在最优条件下进行重金属铅的检测。
[0007]传感界面的构建：（1）电化学传感器制备前裸玻碳电极的清洗和性能测试，若测试循环伏安曲线中氧化峰和还原峰的电位差≤100 mV，氧化峰和还原峰对称，则所述玻碳电
g）加入到5 mL超纯水中，超声形成均匀的悬浮液，在搅拌条件下将新制备的抗坏血酸水溶液（0.1 M，0.4 mL）快速注入混合溶液中，在35℃静置120 min，离心收集纳米材料（即Au@Pd NPs），用超纯水洗涤两次，将得到的Au@Pd NPs重新分散在2 mL超纯水中，4℃储存备用；（2）适配体链修饰前的预处理：修饰前，将修饰有疏基的适配体链置于10 mM的TCEP中60 min，以解开二硫键，在1.0 mL PBS（10 mM，pH 7.4）中制备了含有1.0 μM酶链和1.0 μM底物链的混合物(S1
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S2），将混合物在65℃下孵育10 min，冷却至室温后，在室温下摇床反应12 h，获得的S1
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S2溶液存储在4℃下以供进一步使用，为获得S3标记的多孔双金属纳米粒子，将上述制备的S3和0.3 mL的多孔双金属纳米粒子混合到1.2 mL PBS中，在室温下温和摇晃6 h，离心分离后，将所得沉淀物分散在1.0 mL的PBS中，进行目标铅离子检测；（3）玻碳电极的清洗：玻碳电极修饰前，用0.3 μm的Al2O3于麂皮上抛光至镜面，抛光后用去离子水洗去除表面污物，再移入超声水浴中清洗，每次5 min，重复2次，无水乙醇和去离子水超声清洗，氮气环境下干燥；（4）玻碳电极的测试：在含有0.1 M KCl和5 mM [Fe(CN)6]3‑
/4
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的0.01 M PBS溶液中跑循环伏安曲线，以测试所述玻碳电极的性能，扫描速度为50 mV/s，扫描电位为－0.1～0.6 V；当所述循环伏安曲线中的氧化还原峰电位差在100 mV以下时，则所述玻碳电极可进一步使用，否则要返回步骤（2）中继续处理所述玻碳电极，直至符合要求；（5）将纳米银粒子滴加到经过预处理的玻碳电极的表面，干燥后再依次分别滴加适配体链S1
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S2、铅离子、长链S4以及带有金钯双金属纳米粒子的S3，待电极表面完全干燥后室温储存备用；（6）采用三级体系，利用差分脉冲伏安法对适配体浓度、测试底液pH值等实验因素进行优化，铅离子适配体浓度为400 nM，测试底液pH值为7.0；（7）在最佳测试条件下使用差分脉冲伏安法进行进行浓度梯度定量分析测试，底液PH=7.0，测试用的铅离子浓度区间为1～1000 nM，得到铅离子的最低检测限为0.4 nM，回归方程为ΔI=0.006C+1.321（C：nM，R2=0.990），见附图6；（8）在测试体系中分别加入铅（400 nM）、钙、镁、锌、铁、镍（4 μM）和混合干扰离子对制备的7种电化学传感器在差分脉冲伏安法下进行测试，以检测其抗干扰性；将传感器保存在4℃冰箱中，每隔3天测试一次，共15天，观察其稳定性；（9）将食用菌样品灰化后溶于硝酸，加入超纯水制成样品溶液，与缓冲液溶液1:1混合，调节pH，加入铅离子溶液，采用标准添加法分别对平菇、香菇以及海鲜菇中不同浓度的铅离子进行检测，进行实际样品的分析。
[0022]此种电化学传感器可检测食用菌中的铅离子，传感器成本低廉，操作简单，抗干扰能力强，稳定性好，特异性强，可同时从视觉与电化学两方面检测重金属，不具毒性，具有较高的检测灵敏度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于适配体的比色和电化学双模式可视化Pb(Ⅱ)电化学传感器的制备方法，其特征在于：将精确的电化学定量检测和比色检测相结合，银纳米粒子（Ag NPs）与金钯双金属纳米粒子（Au@Pd NPs）协同增效，Pb(Ⅱ)发挥特异性剪切酶作用，剪切适配体，使得被Au@Pd NPs功能化的适配体链结合到电极上，以实现电化学信号的增强，根据电化学信号的变化实现Pb(Ⅱ)的精准检测；同时，Au@Pd NPs作为纳米酶，发挥过氧化氢酶作用，催化过氧化氢，引起底物3,3
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四甲基联苯胺（TMB）的氧化变色，以实现Pb(Ⅱ)的可视化预测，根据底液颜色的变化实现Pb(Ⅱ)的比色检测；采用差分脉冲伏安法进行浓度梯度定量分析测试，底液pH=7.0，测试用的Pb(Ⅱ)浓度区间为1～1000 nM，得到Pb(Ⅱ)的最低检测限为0.4 nM，成功应用于食用菌中重金属Pb(Ⅱ)的定量和比色检测。2.如权利要求1所述的基于电化学模式的Pb(Ⅱ)电化学传感器的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张妍妍，国琪，尹佳琪，孙霞，郭业民，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：