CN104483363B - 一种用于测定抗生素的电化学生物传感器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测定抗生素的电化学生物传感器，而提供一种灵敏度高、特异性强的传感器的制备方法。将淀粉与低浓度戊二醛溶液混合并充分交联反应得到醛基化淀粉胶溶液；将醛基化淀粉胶溶液与低浓度海藻酸钠溶液混合；取所得海藻酸钠‑淀粉胶凝胶均匀地涂到2张聚碳酸酯微孔膜上，将乳酸菌干粉放置于微孔膜的圆心上，制成三明治结构的核微孔膜；然后浸入CaCl2溶液中10s后取出，固定在预处理后的玻碳电极头的表面，使得乳酸菌与表征完的电极芯重合，得到传感电极；将传感电极浸入MRS培养基中，使乳酸菌与培养基完全接触，于37℃恒温培养24h，使乳酸菌活化，得到生物传感器，适用于食品，特别是乳制品中抗生素残留的定量化快速检测。
Description
技术领域
本发明涉及生物传感器技术领域，更具体的说，是涉及一种用于测定抗生素的电化学生物传感器的制备方法。
背景技术
长期食(饮)用含有抗生素的食物或饮料会造成以下不良影响：
1、会增加体内细菌的耐药性，使抗生素的药效下降甚至消失；
2、可能引起过敏性反应，严重时会引起过敏性休克；
3、第三会破坏肠道菌群的微生态平衡；
4、影响身体的疾病抵抗力。
现在对牛奶等食品中抗生素的检测方法有TTC法、高效液相色谱法、酶联免疫法等，但这些检测方法耗时长、花费高，影响了检测方法的推广和普及。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种灵敏度高、特异性强、快速定量的用于测定抗生素的电化学生物传感器的制备方法。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种用于测定抗生素的电化学生物传感器的制备方法，包括下述步骤：
(1)将淀粉与低浓度戊二醛溶液混合并充分交联反应得到醛基化淀粉胶溶液；将所得醛基化淀粉胶溶液与低浓度海藻酸钠溶液混合，得到海藻酸钠-淀粉胶凝胶；
(2)取所得海藻酸钠-淀粉胶凝胶均匀地涂到2张聚碳酸酯微孔膜上，然后将乳酸菌干粉放置于其中一张所述聚碳酸酯微孔膜的圆心上，制成三明治结构的核微孔膜；
(3)将上述核微孔膜浸入CaCl2溶液中10s后取出，使海藻酸钠与CaCl2反应形成稳定的螯合物，从而使海藻酸钠溶液凝胶化成良好的固定剂，得到测定膜，最后，将测定膜固定在预处理后的玻碳电极头的表面，使得乳酸菌与表征完的电极芯重合，得到生物传感电极；
(4)将上述生物传感电极浸入MRS培养基中，使乳酸菌与培养基完全接触，然后于37℃恒温培养24h，使乳酸菌活化，得到用于测定抗生素的电化学生物传感器。
所述醛基化淀粉胶溶液通过下述方法得到：将可溶性淀粉溶解于体积百分比浓度为1％的戊二醛溶液中，80℃水浴加热并搅拌30min，配成质量浓度为1％的淀粉溶液，室温放置12小时以上，使淀粉与戊二醛充分交联得到醛基化淀粉胶溶液。
与所述醛基化淀粉胶溶液混合的海藻酸钠溶液的质量浓度为2％，所述醛基化淀粉胶溶液与质量浓度为2％的海藻酸钠溶液按体积比为1:1混合。
每张所述聚碳酸酯微孔膜上海藻酸钠-淀粉胶凝胶的用量为20ul，每张所述聚碳酸酯微孔膜的直径为5cm、孔径为0.22um，每张所述测定膜上乳酸菌干粉的量为0.1～0.01g。
所述CaCl2溶液的质量分数为5％。
所述玻碳电极的预处理方法为：将玻碳电极依次分别用1.0μm、0.3μm、0.05μm粒径的α-Al2O3浆在麂皮上抛光三次，且每次抛光后在超声水浴中清洗30s，最后依次用1∶1的HNO3、无水乙醇、超纯水清洗；在1mol/L H2SO4溶液中用扫描范围为1.0～－1.0V，扫描速度为100mV/s的循环伏安法活化电极，重复扫描直至出现稳定的循环伏安曲线；上述的稳定的循环伏安曲线满足下述要求：在实验室条件下预处理后的电极的循环伏安曲线的峰电位差应在80mV以下，并尽可能的接近64mV，电极方能使用，最后置于氮气环境中干燥待用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的制备方法根据抗生素可以抑制和杀灭乳酸菌从而产生电化学性质改变的原理，以海藻酸钠-淀粉凝胶作固定剂，将乳酸菌固定到两片核微孔膜中间制成“三明治”式核微孔膜，然后将其固定到玻碳电极上制成生物传感电极，然后在MRS培养基溶液中37℃活化瑞士乳杆菌，最后按照常规方法与电化学工作站相连构建成固定化瑞士乳杆菌测定抗生素的电化学传感器，为不同样品中抗生素残留的测定提供了新的途径。所得传感器检测灵敏度高、成本低、简单、快速，不仅适用于食品，特别是乳制品中抗生素残留的定量化快速检测，而且可以实现对多种类型的抗生素进行累计或单独检测。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
1、玻碳电极的预处理：
将玻碳电极依次分别用1.0μm、0.3μm、0.05μm粒径的α-Al2O3浆在麂皮上抛光三次，且每次抛光后在超声水浴中清洗30s，最后依次用1∶1的HNO3、无水乙醇、超纯水清洗。在1mol/L H2SO4溶液中用扫描范围为1.0～－1.0V，扫描速度为100mV/s的循环伏安法活化电极，重复扫描直至出现稳定的循环伏安曲线。上述的稳定的循环伏安曲线满足下述要求：在实验室条件下预处理后的电极的循环伏安曲线的峰电位差应在80mV以下，并尽可能的接近64mV，电极方能使用，最后置于氮气环境中干燥待用。
2、核微孔膜的制备：
将可溶性淀粉溶解于体积百分比浓度为1％的戊二醛溶液中，80℃水浴加热并搅拌30min，配成质量浓度为1％的淀粉溶液，室温放置12小时以上，使淀粉与戊二醛充分交联得到醛基化淀粉胶溶液。将醛基化淀粉胶溶液再与质量浓度为2％的海藻酸钠溶液按体积比为1:1混合，制得海藻酸钠-淀粉胶凝胶。取上述海藻酸钠-淀粉胶凝胶20ul均匀地涂到2张直径为5cm、孔径为0.22um的聚碳酸酯微孔膜上，然后称取0.05g的瑞士乳酸菌干粉放置于一张微孔膜的圆心上，然后将另一张覆盖上制成三明治结构的核微孔膜。
3、乳酸菌的活化：
将制备好的核微孔膜浸入到5％(质量分数)的CaCl2溶液中10s后取出，使海藻酸钠与CaCl2反应形成稳定的螯合物，从而使海藻酸钠溶液凝胶化成良好的固定剂，制得测定膜。最后，用皮套将测定膜固定在玻碳电极头的表面使得乳酸菌与表征完的电极芯重合，则得到生物传感电极，将制备好的生物传感电极浸入到装有MRS培养基的小烧杯中，使乳酸菌与培养基完全接触，然后放置到37℃恒温培养箱培养24h，使乳酸菌活化，最后按照常规方法与电化学工作站相连构建成用于测定抗生素的电化学型生物传感器。
4、传感器对3种抗生素的响应：
将得到的用于测定抗生素的电化学生物传感器分别以10-3-10-10g/ml的青霉素、链霉素、四环素溶液为测试底液，检测其相应的电流变化率，然后以抗生素浓度的对数值为横坐标、电流的变化率为纵坐标作图。结果表明，随着抗生素浓度的增加，其响应电流变化率也逐渐增大，而且该方法对青霉素、链霉素、四环素的最低检测限分别为1×10-10g/mL、1×10-9g/mL、1×10-9g/mL，可知该生物传感器的检测性能可以达到欧盟对牛乳中这3种抗生素的最高残留量检测的要求。
将上述组装好的用于测定抗生素的电化学生物传感器在1×10-5g/mL的青霉素溶液中连续测定10次，结果相对标准偏差R.S.D为7.68％，证明该传感器的误差较小，定量效果较好。
将该用于测定抗生素的电化学生物传感器于MRS培养基溶液中37℃保存，间歇性使用，第7天电流响应信号为初始电流的93.56％，表明该传感器具有良好的稳定性。
取不同批次制备的用于测定抗生素的电化学生物传感器5支，在相同条件下对同一浓度青霉素溶液进行测定，结果响应电流的相对标准偏差R.S.D.＝8.712％，说明该传感器重现性良好。
本发明以海藻酸钠-淀粉凝胶作固定剂，将乳酸菌固定到两片核微孔膜中间制成“三明治”式传感膜，然后将其固定到玻碳电极上制成生物传感电极，然后在MRS培养基溶液中37℃活化乳酸菌，最后与电化学工作站相连构建成固定化瑞士乳杆菌测定抗生素的电化学传感器。利用循环伏安法、交流阻抗法表征电极组装的各个阶段，利用计时电流法对3种抗生素进行测定，该传感器对青霉素、链霉素、四环素的最低检测限分别为1×10-10g/mL、1×10-9g/mL、1×10-9g/mL，检出时间为4min。
本发明结合电化学分析固定化乳酸菌制备的生物传感器提供了一种新的定量测定抗生素的方法，其检测灵敏度高、成本低、简单、快速，不仅适用于食品，特别是乳制品中抗生素残留的定量化快速检测，而且可以实现对多种类型的抗生素进行累计或单独检测。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于测定抗生素的电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)将淀粉与低浓度戊二醛溶液混合并充分交联反应得到醛基化淀粉胶溶液；将所得醛基化淀粉胶溶液与低浓度海藻酸钠溶液混合，得到海藻酸钠-淀粉胶凝胶；所述低浓度戊二醛溶液的体积百分比浓度为1％；所述低浓度海藻酸钠溶液的质量浓度为2％；
(2)取所得海藻酸钠-淀粉胶凝胶均匀地涂到2张聚碳酸酯微孔膜上，然后将乳酸菌干粉放置于其中一张所述聚碳酸酯微孔膜的圆心上，制成三明治结构的核微孔膜；
(3)将上述核微孔膜浸入CaCl2溶液中10s后取出，使海藻酸钠与CaCl2反应形成稳定的螯合物，从而使海藻酸钠溶液凝胶化成良好的固定剂，得到测定膜，最后，将测定膜固定在预处理后的玻碳电极头的表面，使得乳酸菌与表征完的电极芯重合，得到生物传感电极；所述CaCl2溶液的质量分数为5％；
(4)将上述生物传感电极浸入MRS培养基中，使乳酸菌与培养基完全接触，然后于37℃恒温培养24h，使乳酸菌活化，得到用于测定抗生素的电化学生物传感器。
2.根据权利要求1所述的用于测定抗生素的电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，所述醛基化淀粉胶溶液通过下述方法得到：将可溶性淀粉溶解于体积百分比浓度为1％的戊二醛溶液中，80℃水浴加热并搅拌30min，配成质量浓度为1％的淀粉溶液，室温放置12小时以上，使淀粉与戊二醛充分交联得到醛基化淀粉胶溶液。
3.根据权利要求1所述的用于测定抗生素的电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，与所述醛基化淀粉胶溶液混合的海藻酸钠溶液的质量浓度为2％，所述醛基化淀粉胶溶液与质量浓度为2％的海藻酸钠溶液按体积比为1:1混合。
4.根据权利要求1所述的用于测定抗生素的电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，每张所述聚碳酸酯微孔膜上海藻酸钠-淀粉胶凝胶的用量为20ul，每张所述聚碳酸酯微孔膜的直径为5cm、孔径为0.22um，每张所述测定膜上乳酸菌干粉的量为0.1～0.01g。
5.根据权利要求1所述的用于测定抗生素的电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，所述玻碳电极的预处理方法为：将玻碳电极依次分别用1.0μm、0.3μm、0.05μm粒径的α-Al2O3浆在麂皮上抛光三次，且每次抛光后在超声水浴中清洗30s，最后依次用1∶1的HNO3、无水乙醇、超纯水清洗；在1mol/L H2SO4溶液中用扫描范围为1.0～－1.0V，扫描速度为100mV/s的循环伏安法活化电极，重复扫描直至出现稳定的循环伏安曲线；上述的稳定的循环伏安曲线满足下述要求：在实验室条件下预处理后的电极的循环伏安曲线的峰电位差应在80mV以下，并接近64mV，电极方能使用，最后置于氮气环境中干燥待用。
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