CN102890112B - 一种用于有机磷农药检测的酶传感器及制备方法 - Google Patents

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一种用于有机磷农药检测的酶传感器，包括：生物酶层、纳米粒子层和电极基体，其中生物酶溶液滴涂在纳米粒子层上，纳米粒子溶液滴涂在电极基体上。所述的纳米粒子为Au-SiO2；所述的电极基体为玻碳材质的电极基体；所述的酶溶液为乙酰胆碱酶和壳聚糖醋酸溶液。本发明提供一种用于有机磷农药检测的酶传感器的制备方法。本发明制得的传感器对现有机磷农药的检测线性范围为6.0×10-13 ~2.0×10-10 mol/L，传感器对现有机磷农药的检测限为3.0×10-13 mol/L。

Description

一种用于有机磷农药检测的酶传感器及制备方法
技术领域
本发明涉及一种酶化学传感器，具体是一种用于有机磷农药检测的酶传感器及制备方法。
背景技术
有机磷农药主要指磷酸酯，硫逐磷酸酯，磷酰胺酯类有机磷化合物，因其杀虫效率高，对植物的药害小，在环境中持久性低等特点，成为我国目前最常用的一类农药，在各种农作物尤其是蔬果中得到广泛的应用。但是，长期大量使用的有机磷农药残留在环境中，对水体、土壤等都会造成严重的污染，残留农药随着食物链进入人体体内，能够抑制人体内胆碱酯酶的活性，造成神经传导介质——乙酰胆碱的代谢混乱，引起各类急性、慢性中毒情况，如运动失调、昏迷、瘫痪甚至死亡。因此对有机磷农药进行及时、准确、灵敏的监控和检测，成为亟待解决的迫切问题。
传统的农药残留检测方法主要有：气相色谱-质谱联用法、高效液相色谱法、光谱法、免疫分析法、化学发光法等。尽管能比较准确地检测农药的残留量，但是存在设备昂贵，样品前处理方法繁琐、分析周期长等缺点。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述不足，提供一种快速、灵敏、简便的有机磷农药检测的酶传感器。本传感器是基于生物识别的高度专一性和纳米材料对电化学检测信号的放大作用，将生物化学、纳米材料、传感技术三者相结合，构建了新型复合纳米材料修饰的酶传感器。
本发明提供一种用于有机磷农药检测的酶传感器，包括：生物酶层、纳米粒子层和电极基体，其中生物酶溶液滴涂在纳米粒子层上，纳米粒子溶液滴涂在电极基体上。
其中所述的纳米粒子为Au-SiO2；所述的电极基体为玻碳材质的电极基体；所述的酶溶液为乙酰胆碱酶和壳聚糖醋酸溶液。
本发明提供一种用于有机磷农药检测的酶传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：Au-SiO2纳米粒子的制备
取二氧化硅粉末超声分散于二次蒸馏水中，加入柠檬酸钠溶液，边搅拌边缓慢加入盐酸羟氨和氯金酸，搅拌，即得到Au-SiO2复合纳米粒子的分散溶液；
第二步：用于有机磷农药检测的酶传感器的制备
首先将玻碳电极进行抛光处理后在二次蒸馏水中超声清洗；接着依次在丙酮、氢氧化钠溶液、硝酸和二次蒸馏水中超声清洗；
清洗后的玻碳电极放入磷酸盐缓冲溶液中，在-0.2V～＋2.0V的电位范围内以10－50mV/s的扫描速率进行循环扫描处理10～100min；
取出玻碳电极用二次蒸馏水中超声清洗，然后将玻碳电极置于0.5 mol/L的硫酸溶液中扫描至得到稳定的循环伏安图；
取2 μL~20 μL Au-SiO2纳米粒子分散溶液滴涂在晾干的裸玻碳电极表面，自然晾干，将1 μL~20 μL的AChE(100 U/mL)与等体积的0.5 mg/mL~5 mg/mL壳聚糖醋酸溶液混合均匀，并取混合溶液1 μL~20 μL滴涂在修饰了纳米粒子的电极上，自然晾干，即得用于有机磷农药检测的酶传感器。
第一步中所述的二氧化硅粉末平均直径是20nm~200nm；所述的二次蒸馏水是两次蒸馏后得到的纯水；所述的柠檬酸钠溶液浓度为0.05 mol/L~1 mol/L；所述的盐酸羟氨溶液浓度为0.05 mol/L~1 mol/L；所述的氯金酸质量浓度为0.5%~10%；所述的搅拌时间是为5~30小时。
第二步中所述的抛光处理为以金相砂纸和细度为0.3μm的氧化铝粉末在麂皮上抛光至镜面；所述的氢氧化钠溶液质量浓度为50%的氢氧化钠溶液；所述的硝酸体积浓度为50%的硝酸；所述的磷酸盐缓冲溶液为磷酸根浓度为0.2 mol/L的磷酸二氢钾和磷酸氢二钠溶液，利用磷酸调节不同的pH值；所述的循环扫描处理是指将工作电极、参比电极和辅助电极分别与电化学系统相连，以一定的扫描速率在设定的电压范围中进行循环电位扫描。
本发明通过以下步骤进行检测：
乙酰胆碱酯酶催化底物硫代乙酰胆碱（ATCh）水解，生成产物硫代胆碱和醋酸，硫代胆碱在特定电位下易被氧化，产生电流，电流信号大小与硫代胆碱浓度成线性关系。
利用CHI832型电化学系统记录下在+0.6V下AChE/Au-SiO2/GCE传感器对不同浓度ATCh的i-t响应和工作曲线；
在+0.6V工作电位下待传感器信号稳定后在PBS中加入已知浓度的 ATCh，搅拌5.0 min，待电流稳定后在静止的溶液中记录所产生的稳态电流I1；在另一份同样条件的ATCh溶液中加入一定浓度的农药，搅拌后静置几分钟后测定存在各种不同浓度有机磷农药的稳态电流I2。由于酶的活性被抑制导致电流下降，电流下降的程度与溶液中的有机磷农药的浓度成正比，并且抑制率(I1-I2)/I1与有机磷浓度的对数成线性关系，因此可以通过测定酶活性的降低来检测有机磷农药的浓度。
本发明所述方法能够以简单步骤实现有机磷农药浓度的检测，该传感器对现有机磷农药的检测线性范围为6.0×10-13 ~2.0×10-10 mol/L，传感器对现有机磷农药的检测限为3.0×10-13 mol/L。
附图说明
图1为实施例1得到的Au- SiO2复合纳米粒子扫描电镜照片。
具体实施例
实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
取3 mg平均直径为30 nm的SiO2粉末超声分散于35 mL二次蒸馏水中，加入1.88 mL 0.1 mol/L柠檬酸钠溶液，搅拌10 min。边搅拌边缓慢加入0.07 mL盐酸羟氨(NH2OH·HCl) (0.1 mol/L)和0.125 mL 氯金酸(HAuCl4) (1%)，搅拌20小时，即得到金掺杂的SiO2（Au-SiO2）复合纳米粒子的分散溶液。利用扫描电镜考察了所制得的复合纳米粒子的粒径和分布状态，如图所示，Au纳米颗粒均匀的掺杂于SiO2纳米颗粒中，平均粒径在10 nm左右。
将裸玻碳电极用0.5 μm直径的Al2O3糊在麂皮上打磨抛光，使成镜面，依次在丙酮、体积比为1:1的HNO3、NaOH(1mol/L)及二次水中超声处理。在修饰之前，将玻碳电极置于0.5 mol/L H2SO4中扫描至得到稳定的循环伏安图为止。取5 μL Au-SiO2纳米粒子分散溶液滴涂在晾干的裸玻碳电极表面，自然晾干，将2 μL AChE (100 U/mL)与等体积的1 mg/mL的壳聚糖（CHIT）醋酸溶液混合均匀，并取2 μL混合溶液滴涂在修饰了纳米粒子的电极上，自然晾干，即得AChE/ Au-SiO2/GCE生物传感器。
实施例2
取5 mg平均直径为40 nm的SiO2粉末超声分散于30 mL二次蒸馏水中，加入2 mL 0.3 mol/L柠檬酸钠溶液，搅拌20 min。边搅拌边缓慢加入0.15 mL盐酸羟氨(NH2OH·HCl) (0.3 mol/L)和0.3 mL 氯金酸(HAuCl4) (3%)，搅拌24小时，即得到金掺杂的SiO2（Au-SiO2）复合纳米粒子的分散溶液。
将裸玻碳电极用0.5 μm直径的Al2O3糊在麂皮上打磨抛光，使成镜面，依次在丙酮、体积比为1:1的HNO3、NaOH(1mol/L)及二次水中超声处理。在修饰之前，将玻碳电极置于0.5 mol/L H2SO4中扫描至得到稳定的循环伏安图为止。取7 μL Au-SiO2纳米粒子分散溶液滴涂在晾干的裸玻碳电极表面，自然晾干，将5 μL AChE (100 U/mL)与等体积的2 mg/mL的壳聚糖（CHIT）醋酸溶液混合均匀，并取5 μL混合溶液滴涂在修饰了纳米粒子的电极上，自然晾干，即得AChE/ Au-SiO2/GCE生物传感器。
实施例3
取3 mg平均直径为100 nm的SiO2粉末超声分散于35 mL二次蒸馏水中，加入1.88 mL 0.5 mol/L柠檬酸钠溶液，搅拌10 min。边搅拌边缓慢加入0.8 mL盐酸羟氨(NH2OH·HCl) (0.1 mol/L)和0.5 mL 氯金酸(HAuCl4) (4%)，搅拌30小时，即得到金掺杂的SiO2（Au-SiO2）复合纳米粒子的分散溶液。
将裸玻碳电极用0.5 μm直径的Al2O3糊在麂皮上打磨抛光，使成镜面，依次在丙酮、体积比为1:1的HNO3、NaOH(1mol/L)及二次水中超声处理。在修饰之前，将玻碳电极置于0.5 mol/L H2SO4中扫描至得到稳定的循环伏安图为止。取15 μL Au-SiO2纳米粒子分散溶液滴涂在晾干的裸玻碳电极表面，自然晾干，将7 μL AChE (100 U/mL)与等体积的1 mg/mL的壳聚糖（CHIT）醋酸溶液混合均匀，并取5 μL混合溶液滴涂在修饰了纳米粒子的电极上，自然晾干，即得AChE/ Au-SiO2/GCE生物传感器。
实施例4
取5 mg平均直径为80 nm的SiO2粉末超声分散于50 mL二次蒸馏水中，加入4 mL 0.5 mol/L柠檬酸钠溶液，搅拌10 min。边搅拌边缓慢加入0.8 mL盐酸羟氨(NH2OH·HCl) (0.3 mol/L)和0.5 mL 氯金酸(HAuCl4) (8%)，搅拌25小时，即得到金掺杂的SiO2（Au-SiO2）复合纳米粒子的分散溶液。
将裸玻碳电极用0.5 μm直径的Al2O3糊在麂皮上打磨抛光，使成镜面，依次在丙酮、体积比为1:1的HNO3、NaOH(1mol/L)及二次水中超声处理。在修饰之前，将玻碳电极置于0.5 mol/L H2SO4中扫描至得到稳定的循环伏安图为止。取8 μL Au-SiO2纳米粒子分散溶液滴涂在晾干的裸玻碳电极表面，自然晾干，将2 μL AChE (100 U/mL)与等体积的1 mg/mL的壳聚糖（CHIT）醋酸溶液混合均匀，并取8 μL混合溶液滴涂在修饰了纳米粒子的电极上，自然晾干，即得AChE/ Au-SiO2/GCE生物传感器。
实施例5
取5 mg平均直径为200 nm的SiO2粉末超声分散于50 mL二次蒸馏水中，加入4 mL 1 mol/L柠檬酸钠溶液，搅拌10 min。边搅拌边缓慢加入0.8 mL盐酸羟氨(NH2OH·HCl) (0.8 mol/L)和0.5 mL 氯金酸(HAuCl4) (10%)，搅拌28小时，即得到金掺杂的SiO2（Au-SiO2）复合纳米粒子的分散溶液。
将裸玻碳电极用0.5 μm直径的Al2O3糊在麂皮上打磨抛光，使成镜面，依次在丙酮、体积比为1:1的HNO3、NaOH(1mol/L)及二次水中超声处理。在修饰之前，将玻碳电极置于0.5 mol/L H2SO4中扫描至得到稳定的循环伏安图为止。取13 μL Au-SiO2纳米粒子分散溶液滴涂在晾干的裸玻碳电极表面，自然晾干，将10 μL AChE (100 U/mL)与等体积的1 mg/mL的壳聚糖（CHIT）醋酸溶液混合均匀，并取10 μL混合溶液滴涂在修饰了纳米粒子的电极上，自然晾干，即得AChE/ Au-SiO2/GCE生物传感器。
实施例6
取3 mg平均直径为20 nm的SiO2粉末超声分散于35 mL二次蒸馏水中，加入1.88 mL 0.1 mol/L柠檬酸钠溶液，搅拌10 min。边搅拌边缓慢加入0.07 mL盐酸羟氨(NH2OH·HCl) (1mol/L)和0.125 mL 氯金酸(HAuCl4) (10%)，搅拌5小时，即得到金掺杂的SiO2（Au-SiO2）复合纳米粒子的分散溶液。
将裸玻碳电极用0.5 μm直径的Al2O3糊在麂皮上打磨抛光，使成镜面，依次在丙酮、体积比为1:1的HNO3、NaOH(1mol/L)及二次水中超声处理。在修饰之前，将玻碳电极置于0.5 mol/L H2SO4中扫描至得到稳定的循环伏安图为止。取5 μL Au-SiO2纳米粒子分散溶液滴涂在晾干的裸玻碳电极表面，自然晾干，将2 μL AChE (100 U/mL)与等体积的1 mg/mL的壳聚糖（CHIT）醋酸溶液混合均匀，并取2 μL混合溶液滴涂在修饰了纳米粒子的电极上，自然晾干，即得AChE/ Au-SiO2/GCE生物传感器。

Claims (3)

1.一种用于有机磷农药检测的酶传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：Au-SiO2纳米粒子的制备
取二氧化硅粉末超声分散于二次蒸馏水中，加入柠檬酸钠溶液，边搅拌边缓慢加入盐酸羟氨和氯金酸，搅拌，即得到Au-SiO2复合纳米粒子的分散溶液；
第二步：用于有机磷农药检测的酶传感器的制备
首先将玻碳电极进行抛光处理后在二次蒸馏水中超声清洗；接着依次在丙酮、氢氧化钠溶液、硝酸和二次蒸馏水中超声清洗；
清洗后的玻碳电极放入磷酸盐缓冲溶液中，在-0.2V～＋2.0V的电位范围内以10－50mV/s的扫描速率进行循环扫描处理10～100min；
取出玻碳电极用二次蒸馏水中超声清洗，然后将玻碳电极置于0.5 mol/L的硫酸溶液中扫描至得到稳定的循环伏安图；
取2 μL~20 μL Au-SiO2纳米粒子分散溶液滴涂在晾干的裸玻碳电极表面，自然晾干，将1 μL~20 μL的AChE100 U/mL与等体积的0.5 mg/mL~5 mg/mL壳聚糖醋酸溶液混合均匀，并取混合溶液1 μL~20 μL滴涂在修饰了纳米粒子的电极上，自然晾干，即得用于有机磷农药检测的酶传感器；所述传感器，包括：生物酶层、纳米粒子层和电极基体，其中生物酶溶液滴涂在纳米粒子层上，纳米粒子溶液滴涂在电极基体上；其中所述的纳米粒子为Au-SiO2；所述的电极基体为玻碳材质的电极基体；所述的酶溶液为乙酰胆碱酶和壳聚糖醋酸溶液。
2.根据权利要求1所述的用于有机磷农药检测的酶传感器的制备方法，其特征在于：第一步中所述的二氧化硅粉末平均直径是20nm～200nm；所述的二次蒸馏水是两次蒸馏后得到的纯水；所述的柠檬酸钠溶液浓度为0.05 mol/L～1 mol/L；所述的盐酸羟氨溶液浓度为0.05 mol/L～1 mol/L；所述的氯金酸质量浓度为0.5%～10%；所述的搅拌时间是为5～30小时。
3.根据权利要求1所述的用于有机磷农药检测的酶传感器的制备方法，其特征在于：第二步中所述的抛光处理为以金相砂纸和细度为0.3μm的氧化铝粉末在麂皮上抛光至镜面；所述的氢氧化钠溶液质量浓度为50%的氢氧化钠溶液；所述的硝酸体积浓度为50%的硝酸；所述的磷酸盐缓冲溶液为磷酸根浓度为0.2 mol/L的磷酸二氢钾和磷酸氢二钠溶液，利用磷酸调节不同的pH值；所述的循环扫描处理是指将工作电极、参比电极和辅助电极分别与电化学系统相连，以一定的扫描速率在设定的电压范围中进行循环电位扫描。
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Granted publication date: 20150422

Termination date: 20170720