CN103412020A - 一种乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型高效稳定、可重复利用的乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器的制备方法及其在农药检测中的应用。本发明公开了一类采用壳聚糖和海藻酸钠作为固定化材料固定乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器的制备方法，提高了传统乙酰胆碱酯酶传感器的灵敏度，并将该类电流型酶生物传感器成功应用于有机磷和氨基甲酸酯类农药的环境检测中，具有良好的使用前景。

Description

一种乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于分析化学技术领域，具体涉及一种可应用于检测环境中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留的采用壳聚糖和海藻酸钠作为固定化材料固定乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器的制备方法。

背景技术

近年来，在临床医学、工业和环境等领域，对于能够进行现场简单、经济和可靠分析技术的需求日益强烈。酶生物传感器因具有选择性好、灵敏度高、线性范围宽、分析速度快、样品用量少、仪器成本低廉等优势而引起了国内外研究者广泛的关注。利用纳米材料作为固定分子识别物质的载体或用纳米粒子标记生物分子，并以此来制作生物传感器已成为化学研究的热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型高效稳定、可重复利用的使用壳聚糖、海藻酸钠和碳纳米管作为修饰材料并采用包埋法结合吸附法固定乙酰胆碱酯酶的电化学生物传感器制备方法。

本发明的再一个目的是提供上述乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器在有机磷和氨基甲酸酯类农药残留检测中的应用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、玻碳电极表面的预处理，得到已预处理的玻碳电极；

B、将A步骤中得到的玻碳电极与铂电极组成两电极系统，在多壁碳纳米管的四硼酸钠溶液中，在一定工作电位下，电沉积一段时间，使带负电的碳纳米管沉积到A步骤中得到的玻碳电极表面。

C、将B步骤中得到的玻碳电极浸入质量分数为0.5%的壳聚糖乙酸溶液中15 min，然后冲洗所述B步骤中得到的玻碳电极表面直至除去多余的壳聚糖溶液，待电极自然风干后，再浸入所述多壁碳纳米管的四硼酸钠分散液中15 min，冲洗掉玻碳电极表面多余的多壁碳纳米管分散液，自然风干，完成一次静电自组装。

D、重复C步骤的操作3-6次。

E、将D步骤中得到的玻碳电极洗净后烘干，浸入壳聚糖乙酸溶液中15min，再洗去其表面多余的壳聚糖乙酸溶液，浸入100U的质量分数为0.5%，pH为5.0的乙酰胆碱酯酶溶液中，冲洗其表面，烘干后在玻碳电极表面滴加海藻酸钠溶液，在一定温度下滴加乙酰胆碱酯酶溶液，最后修饰浓度为氯化钙溶液，自然干燥即得乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器。

进一步，本发明的技术方案中，还可以具有这样的特征，A步骤具体为：将玻碳电极经过剖光处理后，在0.5mol/L的硫酸溶液中进行循环伏安法扫描10个周期，对其进行电化学活化预处理。

进一步，本发明的技术方案中，还可以具有这样的特征，在B步骤中：所述多壁碳纳米管的四硼酸钠溶液的质量浓度为10mg/mL，pH为9.18，所述工作电位为1.1～3.0V，所述一段时间为1-4h。

进一步，本发明的技术方案中，还可以具有这样的特征，在D步骤中：所述重复C步骤的操作为5次。

进一步，本发明的技术方案中，还可以具有这样的特征，在E步骤中：所述海藻酸钠溶液的质量分数为0.05~0.15%，所述氯化钙溶液的质量分数为0.5~3.0%，所述温度为20-50℃。

进一步，本发明的技术方案中，还可以具有这样的特征，在E步骤中：所述海藻酸钠溶液的质量分数为0.1%，所述氯化钙溶液的质量分数为1%，所述温度为40℃。

本发明的电化学生物传感器应用于对有机磷类农药和氨基甲酸酯类农药的检测，在有机磷类农药中，优选为对硫磷、甲胺磷和氧化乐果；在氨基甲酸酯类农药中，优选为涕灭威、甲萘威和仲丁威。

发明的作用与效果

根据本发明的技术方案，以壳聚糖和海藻酸钠为固定化材料来制备乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器可显著提高乙酰胆碱酯酶传感器的灵敏度。

附图说明

图1为本发明的电化学生物传感器对对硫磷的抑制率的与对硫磷浓度的负对数关系曲线；

图2为本发明的电化学生物传感器对涕灭威的抑制率的与涕灭威浓度的负对数关系曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明中的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于该实施例。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下的本发明优选实施例中，详细说明了具体的细节。

实施例1

玻碳电极表面的预处理过程：

玻碳电极经过抛光处理后在0.5 mol/L的稀硫酸溶液中进行循环伏安扫描10个周期，对其进行电化学活化预处理。

多壁碳纳米管在玻碳电极表面的电沉积过程：

配制浓度为10 mg/mL的多壁碳纳米管（MWNTs）的pH=9.18的四硼酸钠溶液，取6 mL 放入反应池中，将玻碳电极与铂电极组成两电极系统，在1.7 V的工作电位下，使带负电的碳纳米管沉积到玻碳电极表面，2 h 后形成一层致密、亮紫色的带大量负电荷的“前驱修饰层”。

层层静电自组装过程：

电沉积过程结束后，将电极浸入浓度为0.5%的壳聚糖（CS）溶液中15min，用去离子水冲洗电极表面直至除去多余的CS，待电极自然风干后，再浸入10 mg/mL的pH = 9.18四硼酸钠MWNTs分散液中15 min，用去离子水冲洗电极表面多余的MWNTs分散液，自然风干，即完成了一层静电自组装，重复前述过程制得含5层的静电自组装修饰电极。

包埋法固定化乙酰胆碱酯酶电极的制备过程：

将按前述步骤修饰好的玻碳电极用去离子水冲洗电极表面后烘干，浸入质量分数为0.5% 的pH = 5.0的CS溶液中15 min，再用去离子水冲洗电极表面直至除去多余的CS，浸入100 U的乙酰胆碱酯酶溶液，乙酰胆碱酯酶溶液采用pH = 7.4的磷酸盐缓冲液（PBS）配制，用去离子水冲洗电极表面，烘干后在电极表面滴加10 μL浓度为0.1%海藻酸钠，之后在40 ℃的固定化温度下滴加1 μL乙酰胆碱酯酶溶液，最后修饰浓度为1%的氯化钙溶液，自然干燥即得所制备的乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器。

乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器的应用

图1为将购置的对硫磷农药标准品用0.1 mol/L，pH = 7.4的磷酸缓冲液逐级稀释至10^-12 g/L，将酶电极浸入农药溶液10 min后测定酶抑制率对对硫磷浓度的负对数的曲线关系图。

图2为将购置的涕灭威农药标准品用0.1 mol/L，pH = 7.4的磷酸缓冲液逐级稀释至10^-12 g/L，将酶电极浸入农药溶液10 min后测定酶抑制率对涕灭威浓度的负对数的曲线关系图。

实施例的作用与效果

本实施例的优点在于：根据本发明的技术方案，以壳聚糖和海藻酸钠为固定化材料来制备乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器可显著提高乙酰胆碱酯酶传感器的灵敏度。

综上所述，仅为发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、玻碳电极表面的预处理，得到已预处理的玻碳电极；

B、将A步骤中得到的玻碳电极与铂电极组成两电极系统，在多壁碳纳米管的四硼酸钠溶液中，在一定工作电位下，电沉积一段时间，使带负电的碳纳米管沉积到A步骤中得到的玻碳电极表面；

C、将B步骤中得到的玻碳电极浸入质量分数为0.5%的壳聚糖乙酸溶液中15 min，然后冲洗所述B步骤中得到的玻碳电极表面直至除去多余的壳聚糖溶液，待电极自然风干后，再浸入所述多壁碳纳米管的四硼酸钠分散液中15 min，冲洗掉玻碳电极表面多余的多壁碳纳米管分散液，自然风干，完成一次静电自组装；

D、重复C步骤的操作3-6次；

E、将D步骤中得到的玻碳电极洗净后烘干，浸入壳聚糖乙酸溶液中15min，再洗去其表面多余的壳聚糖乙酸溶液，浸入100U的质量分数为0.5%，pH为5.0的乙酰胆碱酯酶溶液中，冲洗其表面，烘干后在玻碳电极表面滴加海藻酸钠溶液，在一定温度下滴加乙酰胆碱酯酶溶液，最后修饰浓度为氯化钙溶液，自然干燥即得乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器。

2.根据权利要求1所述的电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，所述A步骤具体为：将玻碳电极经过剖光处理后，在0.5mol/L的硫酸溶液中进行循环伏安法扫描10个周期，对其进行电化学活化预处理。

3.根据权利要求1所述的电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，B步骤中：所述多壁碳纳米管的四硼酸钠溶液的质量浓度为10mg/mL，pH为9.18，所述工作电位为1.1～3.0V，所述一段时间为1-4h。

4.根据权利要求1所述的电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，D步骤中：所述重复C步骤的操作为5次。

5.根据权利要求1所述的电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，E步骤中：所述海藻酸钠溶液的质量分数为0.05~0.15%，所述氯化钙溶液的质量分数为0.5~3.0%，所述温度为20-50℃。

6.根据权利要求5所述的电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠溶液的质量分数为0.1%，所述氯化钙溶液的质量分数为1%，所述温度为40℃。

7.一种如权利要求1所述的电化学生物传感器应用于对有机磷类农药和氨基甲酸酯类农药的检测，其特征在于：所述有机磷类农药为对硫磷、甲胺磷和氧化乐果；所述氨基甲酸酯类农药为涕灭威、甲萘威和仲丁威。

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