一種電化學(xué)沙丁胺醇傳感器的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電化學(xué)沙丁胺醇傳感器的制備方法。屬于新型納米功能材料與生物傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]沙丁胺醇為選擇性β2受體激動劑，在現(xiàn)代豬肉養(yǎng)殖中被用作瘦肉精，來提高生豬的瘦肉產(chǎn)量。2002年始，被列為養(yǎng)殖行業(yè)違禁藥物，不得在畜禽養(yǎng)殖中添加。
[0003]目前，檢測沙丁胺醇的方法主要有色譜法、質(zhì)譜法等。此類方法儀器貴重、操作復(fù)雜，化驗人員需要專業(yè)培訓(xùn)后才能進行檢測。因此，研發(fā)成本低、檢測快、靈敏度高、特異性強的沙丁胺醇傳感器具有重要意義。
[0004]電化學(xué)生物傳感器由于其靈敏度高、特異性好、操作簡便等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于臨床診斷、藥物分析、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。其中尤以無標記電化學(xué)免疫傳感器研究較多，其關(guān)鍵的技術(shù)是提高修飾電極對抗體的固定量和對測試底液的信號響應(yīng)速度和大小。二氧化鈦是應(yīng)用最為廣泛的一種光催化劑材料，同時由于生物相容性好，也常被用作電極基質(zhì)材料。由于片狀二氧化鈦納米材料能夠暴露更多的高指數(shù)晶面，具有更高的催化活性，二氧化鈦納米片具有比納米粒子更好地應(yīng)用前景，對于二氧化鈦納米片的研究也備受關(guān)注。但是，二氧化鈦導(dǎo)電性差也限制了由單一二氧化鈦納米材料構(gòu)建的電化學(xué)傳感器的靈敏度普遍不高，不利于實際應(yīng)用。在半導(dǎo)體納米材料上修飾或復(fù)合特殊的納米材料，一方面增加了電極比表面積，增強電極導(dǎo)電能力，另一方面二者可以產(chǎn)生協(xié)同催化作用，更大的增強對過氧化氫溶液H2O2的催化響應(yīng)速度和電流響應(yīng)信號大小，大大提高檢測靈敏度。因此，設(shè)計、制備高效、穩(wěn)定的二氧化鈦納米片及其修飾物是制備電化學(xué)傳感器的關(guān)鍵技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種制備簡單、靈敏度高、檢測快速、特異性強的電化學(xué)沙丁胺醇傳感器的制備方法，所制備的傳感器，可用于沙丁胺醇的快速、靈敏檢測?；诖四康?，本發(fā)明首先制備了一種雙金屬共摻雜二維納米材料，即鐵和錳雙金屬共摻雜的二氧化鈦納米片原位復(fù)合氮化碳二維納米復(fù)合材料FeMn-Ti02/g_C3N4，利用該材料的良好的生物相容性和大的比表面積，負載上沙丁胺醇抗體，然后通過戊二醛的交聯(lián)作用固定辣根過氧化物酶，在進行檢測時，由于辣根過氧化物酶可以催化過氧化氫，產(chǎn)生電化學(xué)信號，再利用抗體與抗原的特異性定量結(jié)合對電子傳輸能力的影響，使得電流強度相應(yīng)降低，最終實現(xiàn)了采用無標記的電化學(xué)方法檢測沙丁胺醇的生物傳感器的構(gòu)建。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
1.一種基于磁性二維納米復(fù)合材料的電化學(xué)沙丁胺醇傳感器的制備方法，所述的磁性二維納米復(fù)合材料為鐵和錳雙金屬共摻雜的二氧化鈦納米片原位復(fù)合氮化碳二維納米復(fù)合材料FeMn-Ti02/g-C3N4，所述的電化學(xué)沙丁胺醇傳感器由工作電極、FeMn-Ti02/g-C3N4、沙丁胺醇抗體、牛血清白蛋白、戊二醛、辣根過氧化物酶組成； 其特征在于，所述的制備方法包括以下制備步驟:
a.FeMn-Ti02/g-C3N4的制備；
b.電化學(xué)沙丁胺醇傳感器的制備；
其中，步驟a制備FeMn-Ti02/g-C3N4的具體步驟為:
首先，取0.8 mmol鐵鹽和0.8?1.2 mmol錳鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過程中，緩慢加入0.5?0.8 mL氫氟酸，160?200 °C下在反應(yīng)釜中反應(yīng)18?24小時，冷卻至室溫后，用超純水和無水乙醇離心洗滌三次后，50°C下真空干燥；其次，取150?250 mg干燥后的固體與400 mg三聚氰胺混合，并研磨成粉末;然后，將研磨的粉末放入馬弗爐中，升溫速度為I?3°C/min，在480?560 °C下煅燒0.5?5小時；最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得FeMn-Ti02/g-C3N4；
所述的鐵鹽選自下列之一:硫酸鐵、氯化鐵、硝酸鐵；
所述的錳鹽選自下列之一:硫酸錳、氯化錳、硝酸錳；
步驟b制備電化學(xué)沙丁胺醇傳感器的具體步驟為:
(1)以玻碳電極為工作電極，在電極表面滴涂8?12uL的FeMn-Ti02/g-C3N4溶膠，室溫下晾干；
(2)將步驟(I)中得到的電極用緩沖溶液PBS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂8?12pL 10 μg/mL的沙丁胺醇抗體溶液，4 0C冰箱中保存晾干；
(3)將步驟(2)中得到的電極用PBS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂8?12pL濃度為100 pg/mL的牛血清白蛋白溶液，4 0C冰箱中保存晾干；
(4)將步驟(3)中得到的電極用I3BS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂2?4pL的戊二醛溶液，40C冰箱中保存晾干；
(5)將步驟(4)中得到的電極用PBS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂6?10pL濃度為SOyg/mL的辣根過氧化物酶溶液，4 0C冰箱中保存晾干；
(6)將步驟(5)中得到的電極用PBS清洗，在4°C冰箱中保存晾干后，即制得電化學(xué)沙丁胺醇傳感器；
所述的FeMn-Ti02/g-C3N4溶液為將50 mg的FeMn-Ti02/g_C3N4粉末溶于10 mL超純水中，并超聲30 min后制得的水溶膠；
所述的PBS為10mmol/L的磷酸鹽緩沖溶液，所述的磷酸鹽緩沖溶液的pH值為7.4 ；
所述的戊二醛溶液為體積比為2.5%的戊二醛水溶液。
[0007]2.本發(fā)明所述的制備方法所制備的電化學(xué)沙丁胺醇傳感器的應(yīng)用，其特征在于，包括如下應(yīng)用步驟:
a.標準溶液配制:配制一組包括空白標樣在內(nèi)的不同濃度的沙丁胺醇標準溶液；
b.工作電極修飾:將如權(quán)利要求1所述的制備方法所制備的電化學(xué)沙丁胺醇傳感器為工作電極，將步驟a中配制的不同濃度的沙丁胺醇標準溶液分別滴涂到工作電極表面，4 V冰箱中保存；
c.工作曲線繪制:將Ag/AgCl電極作為參比電極，鉑絲電極作為對電極，與步驟b所修飾好的工作電極組成三電極系統(tǒng)，連接到電化學(xué)檢測設(shè)備上;在電解槽中先后加入15 mL的K2S2O8溶液和100 uL的H2O2溶液;用循環(huán)伏安法對組裝的工作電極施加循環(huán)電壓;根據(jù)所得的電化學(xué)的光信號強度與沙丁胺醇抗原標準溶液濃度之間的關(guān)系，繪制工作曲線；空白標樣的光信號強度記為D ο，含有不同濃度的沙丁胺醇標準溶液的光信號強度記為D i，響應(yīng)光信號強度降低的差值為AD = Do-D1, AD與沙丁胺醇標準溶液的質(zhì)量濃度C之間成線性關(guān)系，繪制A D — C工作曲線；
d.沙丁胺醇的檢測:用待測樣品代替步驟a中的沙丁胺醇標準溶液，按照步驟b和c中的方法進行檢測，根據(jù)響應(yīng)光信號強度降低的差值A(chǔ)D和工作曲線，得到待測樣品中沙丁胺醇的含量；
所述的K2S2O8溶液由I mol K2S2O8和I mo I KCl溶于10 L的pH=6.5緩沖溶液中制備得到，所述的pH=6.5緩沖溶液為pH值為6.5的磷酸鹽緩沖溶液；
所述的H2O2溶液為過氧化氫水溶液，所述的過氧化氫水溶液的濃度為10%。
[0008]本發(fā)明的有益成果
(1)本發(fā)明所述的電化學(xué)沙丁胺醇傳感器制備簡單，操作方便，實現(xiàn)了對樣品的快速、靈敏、高選擇性檢測，并且成本低，可應(yīng)用于便攜式檢測，具有市場發(fā)展前景；
(2)本發(fā)明首次制備了新型光敏材料FeMn-T1Ο2/g_C3N4，由于鐵、猛在二氧化鈦納米片上的原位生長而充分與二氧化鈦納米片接觸，利用鐵、錳的金屬表面等離子體作用以及二者的相互促進作用，有效提高了半導(dǎo)體基質(zhì)電子傳遞能力和催化活性，解決了二氧化鈦納米片雖然比表面積比較大及介孔特性適用于電化學(xué)基質(zhì)材料，但是電化學(xué)活性不高及電流信號不穩(wěn)定的技術(shù)問題;同時由于氮化碳g_C3N4的良好的導(dǎo)電性和電化學(xué)的特性，再加上二氧化鈦納米片在其上的充分分散，極大地增大了電子傳遞能力，解決了二氧化鈦納米片導(dǎo)電性差和電流響應(yīng)信號弱而不利于制備電化學(xué)傳感器的技術(shù)問題，因此，該材料的有效制備，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值；
(3)本發(fā)明首次將FeMn-Ti02/g-C3N4應(yīng)用于電化學(xué)生物傳感器的制備中，顯著提高了電流信號的強度和穩(wěn)定性，大大提高了電化學(xué)傳感器的檢測靈敏度，使得電化學(xué)生物傳感器實現(xiàn)了在實際工作中的應(yīng)用；該材料的應(yīng)用，也為相關(guān)生物傳感器，如光電化學(xué)傳感器、電致化學(xué)發(fā)光傳感器等提供了技術(shù)參考，具有廣泛的潛在使用價值。
【具體實施方式】
[0009]實施例1FeMn-Ti02/g-C3N4的制備
首先，取0.8 mmol鐵鹽和0.8 mmol猛鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過程中，緩慢加入0.5 mL氫氟酸，160 °C下在反應(yīng)釜中反應(yīng)24小時，冷卻至室溫后，用超純水和無水乙醇離心洗滌三次后，50°C下真空干燥;其次，取150 mg干燥后的固體與400 mg三聚氰胺混合，并研磨成粉末;然后，將研磨的粉末放入馬弗爐中，升溫速度為I °C/min，在480 °C下煅燒5小時;最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得FeMn-Ti02/g-C3N4;
所述的鐵鹽為硫酸鐵；
所述的錳鹽為硫酸錳。
[0010]實施例2FeMn-Ti02/g-C3N4的制備
首先，取0.8 mmol鐵鹽和1.0 mmol猛鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過程中，緩慢加入0.65 mL氫氟酸，180 °C下在反應(yīng)釜中反應(yīng)21小時，冷卻至室溫后，用超純水和無水乙醇離心洗滌三次后，50°C下真空干燥;其次，取200 mg干燥后的固體與400 mg三聚氰胺混合，并研磨成粉末;然后，將研磨的粉末放入馬弗爐中，升溫速度為2 °C/min，在520 °C下煅燒2小時;最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得FeMn-Ti02/g-C3N4;
所述的鐵鹽為氯化鐵；
所述的錳鹽為氯化錳。
[0011]實施例3FeMn-Ti02/g-C3N4的制備
首先，取0.8 mmol鐵鹽和1.2 mmol猛鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過程中，緩慢加入0.8 mL氫氟酸，200 °C下在反應(yīng)釜中反應(yīng)18小時，冷卻至室溫后，用超純水和無水乙醇離心洗滌三次后，50°C下真空干燥;其次，取250 mg干燥后的固體與400 mg三聚氰胺混合，并研磨成粉末;然后，將研磨的粉末放入馬弗爐中，升溫速度為3 °C/min，在560°C下煅燒
0.5小時；最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得FeMn-Ti02/g-C3N4;
所述的鐵鹽為硝酸