CN108120750B - 一种玉米赤霉醇光电化学传感器的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于免疫分析和生物传感技术领域，提供了一种一种玉米赤霉醇光电化学传感器的制备方法。该方法利用ZnO为基底，在其表面修饰花状的ZnIn2S4，其优良的导电性和大的表面积能有效降低背景信号。采用浸蘸方法原位生长高光电转换率的Co掺杂的CdS敏化ZnO/ZnIn2S4。通过可见光波长的LED灯照射下产生光电流信号，Co‑CdS与ZnO/ZnIn2S4能带隙匹配度良好，能进一步提高传感器的光电信号转换效率。该传感器具有特异性强，灵敏度高，检测限低，对玉米赤霉醇的检测具有重要的科学意义和应用价值。

Description

一种玉米赤霉醇光电化学传感器的制备方法及应用
技术领域
本发明属于新型功能纳米材料、免疫分析和生物传感技术领域，提供了一种玉米赤霉醇光电化学传感器的制备方法。
背景技术
近年来，食用动物污染日趋严重和频繁，不仅造成巨额的经济损失，还会严重影响人类的健康。玉米赤霉醇是玉米赤霉菌在生长过程中产生的次生代谢产物玉米赤霉烯酮的还原产物，玉米赤霉醇及其代谢产物具有雌激素类物质的生物活性，雌激素类物质的残留会引起人体性激素机能紊乱及影响第二性征的正常发育，在外部条件诱导下，可能致癌。其次，玉米赤霉醇能直接或间接作用于脑下垂体和胰脏，提高体内生长激素和胰岛素水平，促进动物机体蛋白质的合成，提高饲料利用率，从而使玉米赤霉醇可能会残留在各种食用组织(如牛羊肉、动物肝脏、肾脏和血液等)中。监测食用动物安全是保证食品安全的重要环节。
本发明提供了一种快速、简便、高灵敏度和选择性高的光电化学免疫分析方法。光电化学传感器是基于物质的光电转换来确定待测物浓度的一类检测装置，光电化学检测方法具有灵敏度高、设备简单、易于微型化的特点，已经成为一种极具应用潜力的分析方法，在食品、环境、医药等领域具有广阔的应用前景。
本发明专利成功构建了在可见光激发下检测玉米赤霉醇的光电化学免疫传感器。该传感器以ZnO/ZnIn2S4为基底，其优良的导电性和大的表面积能有效减小背景信号。利用原位生长高光电转换率窄带隙Co掺杂的CdS作为信号放大材料。本发明制备的光电化学传感器，具有低成本、高灵敏、特异性好、检测快速、制备过程简单等优点，在可见光区域实现了玉米赤霉醇的快速、灵敏检测，有效克服了目前玉米赤霉醇检测方法的不足。
发明内容
本发明提供了一种玉米赤霉醇光电化学传感器的制备方法及应用，实现了对玉米赤霉醇的灵敏检测。
本发明的目的之一是提供一种玉米赤霉醇光电化学传感器的制备方法。
本发明的目的之二是将所制备的玉米赤霉醇光电化学传感器，用于检测玉米赤霉醇。
本发明的技术方案，包括以下步骤。
1. 一种玉米赤霉醇光电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：
（1）将ITO导电玻璃切割至2.0cm ×0.8cm大小，依次用丙酮、乙醇和蒸馏水清洗30min，氮气吹干；
（2）取10 ~ 15 µL、4 mg/mL的ZnO滴加到导电玻璃的导电面，继续滴加6 ~ 10 µL、2 mg/mL的花状ZnIn2S4，室温下晾干，200℃煅烧30 ~ 35 min，冷却，得到ZnO/ZnIn2S4，然后在其上面原位生长Co掺杂的CdS，制得ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS修饰电极；
（3）继续将ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS修饰电极浸蘸在3 mg/mL的盐酸多巴胺溶液中，在4℃冰箱中反应12 h，得到聚多巴胺PDA，制得ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS/PDA修饰电极，蒸馏水冲洗；
（4）继续将6 µL、6 ~ 10 µg/mL的玉米赤霉醇抗体滴加到电极表面，4 ℃冰箱中干燥，蒸馏水冲洗；
（5）继续将6 µL、质量分数为0.8% ~ 1%的BSA溶液滴加到电极表面，以封闭电极表面上非特异性活性位点，4 ℃冰箱中晾干，蒸馏水冲洗电极表面；
(6) 将6µL、10 pg/mL ~ 150 ng/mL的一系列不同浓度的玉米赤霉醇溶液滴加到电极表面，4℃冰箱中孵化60 ~ 80 min，蒸馏水冲洗电极表面除去未结合的玉米赤霉醇，制得一种玉米赤霉醇光电化学传感器。
2.所述ZnO的制备，步骤如下：
取25 ~ 30 mmol醋酸锌和3.5 ~ 3.9 mmoL氢氧化钾溶解于45 mL甲醇和5 mL蒸馏水中，85℃回流反应40 ~ 48 h，所得产物分别用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤，60℃真空干燥24 h，得到ZnO粉末。
3.所述ZnIn2S4的制备，步骤如下：
称取0.21 ~ 0.25 g的氯化锌，0.70 ~ 0.75 g氯化铟和0.48 ~ 0.50 g硫代乙酰胺溶于30 mL蒸馏水和10 mL无水乙醇中，再用0.1 moL/L的HCI调节溶液pH到1，然后，将溶液转移到高压反应釜中，160 ~180℃下反应18 ~ 24 h，所得产物分别用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤三次，60℃真空干燥18 h，制得ZnIn2S4。
4.所述ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS的制备，包括以下步骤：
（1）ZnO/ZnIn2S4的制备
取15µL、3 ~ 4mg/mL的ZnO滴加到导电玻璃的导电面，室温下晾干，8µL、1.5 ~2.5mg/mL的ZnIn2S4滴加到ZnO上，室温下晾干，200℃煅烧30 ~ 40 min，冷却，得到ZnO/ZnIn2S4；
（2）ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS的合成
将上述附着ZnO/ZnIn2S4的导电玻璃浸蘸在0.5 mol/L Cd(NO3)2·2H2O的乙醇溶液含0.05mol/L的Co(NO3)3·3H2O，保持3 ~ 5 min，室温晾干，无水乙醇冲洗，继续沉浸在0.5mol/LNa2S的甲醇水溶液中，反应3 ~ 6min，室温晾干，甲醇冲洗，得到ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS；
所述甲醇水溶液是指V甲醇：V水=1:1的溶液。
5.玉米赤霉醇的检测，步骤如下：
（1）使用电化学工作站以三电极体系进行测试，所制备的传感器为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极，在10mL、pH7.4的含0.1mol/L抗坏血酸的PBS缓冲溶液进行测试；
（2）用时间-电流法对分析物进行检测，设置电压为0.1V，运行时间100s，照射LED灯波长为400 ~ 450 nm；
（3）当背景电流趋于稳定后，每隔10s开灯持续照射10 s，然后记录光电流，绘制工作曲线；
（4）将待测的玉米赤霉醇样品溶液代替玉米赤霉醇标准溶液进行检测，检测的结果可通过工作曲线查得。
本发明所用原材料均可在化学试剂公司或生物制药公司购买。
本发明的有益成果
（1）本发明使用了ZnO/ZnIn2S4为基底，其优良的导电性和大的表面积能有效减小背景信号，以盐酸多巴胺溶液自聚得到聚多巴胺作为连接剂连接抗体，促进了抗体的有效结合，并且聚多巴胺拥有良好的导电性；
（2）采用原位生成高光电转换率的窄带隙Co掺杂的CdS作为信号放大材料。在可见光区域实现了对玉米赤霉醇的快速、灵敏的检测，降低了检测限；
（3）玉米赤霉醇光电化学传感器对玉米赤霉醇的检测，其操作简单，信号响应范围宽，实现高灵敏检测，其线性范围10 pg/mL-150 ng/mL，检测限低至3.3pg/mL，表明此竞争型光电化学传感器可以达到准确测定的目的；
（4）ZnO拥有良好的光电活性、大的表面积、高稳定性和低成本。花状结构的ZnIn2S4，不但促进可见光的吸收，而且可加速电子空穴对的分离和增加其导电性。Co掺杂的CdS作为光敏剂拥有高可见光吸收和快速电子转移路径，在ZnIn2S4表面原位生长窄带隙Co掺杂的CdS，得到的ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS带隙匹配良好，有效促进电子转移和降低电子空穴对的复合，从而提高光电转化效率和实现高灵敏的检测。
具体实施方式
现将本发明通过具体实施方式进一步说明，但不限于此
实施例1 一种玉米赤霉醇光电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：
（1）将ITO导电玻璃切割至2.0cm ×0.8cm大小，依次用丙酮、乙醇和蒸馏水清洗30min，氮气吹干；
（2）取10 µL、4 mg/mL的ZnO滴加到导电玻璃的导电面，继续滴加6 µL、2 mg/mL的花状ZnIn2S4，室温下晾干，200℃煅烧30 min，冷却，得到ZnO/ZnIn2S4，然后在其上面原位生长Co掺杂的CdS，制得ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS修饰电极；
（3）继续将ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS修饰电极浸蘸在3 mg/mL的盐酸多巴胺溶液中，在4℃冰箱中反应12 h，得到聚多巴胺PDA，制得ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS/PDA修饰电极，蒸馏水冲洗；
（4）继续将6 µL、6 µg/mL的玉米赤霉醇抗体滴加到电极表面，4 ℃冰箱中干燥，蒸馏水冲洗；
（5）继续将6 µL、质量分数为0.8%的BSA溶液滴加到电极表面，以封闭电极表面上非特异性活性位点，4 ℃冰箱中晾干，蒸馏水冲洗电极表面；
(6) 将6µL、10 pg/mL ~ 150 ng/mL的一系列不同浓度的玉米赤霉醇溶液滴加到电极表面，4℃冰箱中孵化60 ~ 80 min，蒸馏水冲洗电极表面除去未结合的玉米赤霉醇，制得一种玉米赤霉醇光电化学传感器。
实施例2 一种玉米赤霉醇光电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：
（1）将ITO导电玻璃切割至2.0cm ×0.8cm大小，依次用丙酮、乙醇和蒸馏水清洗30min，氮气吹干；
（2）取12.5 µL、4 mg/mL的ZnO滴加到导电玻璃的导电面，继续滴加8 µL、2 mg/mL的花状ZnIn2S4，室温下晾干，200℃煅烧32 min，冷却，得到ZnO/ZnIn2S4，然后在其上面原位生长Co掺杂的CdS，制得ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS修饰电极；
（3）继续将ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS修饰电极浸蘸在3 mg/mL的盐酸多巴胺溶液中，在4℃冰箱中反应12 h，得到聚多巴胺PDA，制得ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS/PDA修饰电极，蒸馏水冲洗；
（4）继续将6 µL、8µg/mL的玉米赤霉醇抗体滴加到电极表面，4 ℃冰箱中干燥，蒸馏水冲洗；
（5）继续将6 µL、质量分数为0.9%的BSA溶液滴加到电极表面，以封闭电极表面上非特异性活性位点，4 ℃冰箱中晾干，蒸馏水冲洗电极表面；
(6) 将6µL、10 pg/mL ~ 150 ng/mL的一系列不同浓度的玉米赤霉醇溶液滴加到电极表面，4℃冰箱中孵化60 ~ 80 min，蒸馏水冲洗电极表面除去未结合的玉米赤霉醇，制得一种玉米赤霉醇光电化学传感器。
实施例3 一种玉米赤霉醇光电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：
（1）将ITO导电玻璃切割至2.0cm ×0.8cm大小，依次用丙酮、乙醇和蒸馏水清洗30min，氮气吹干；
（2）取15 µL、4 mg/mL的ZnO滴加到导电玻璃的导电面，继续滴加10 µL、2 mg/mL的花状ZnIn2S4，室温下晾干，200℃煅烧35 min，冷却，得到ZnO/ZnIn2S4，然后在其上面原位生长Co掺杂的CdS，制得ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS修饰电极；
（3）继续将ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS修饰电极浸蘸在3 mg/mL的盐酸多巴胺溶液中，在4℃冰箱中反应12 h，得到聚多巴胺PDA，制得ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS/PDA修饰电极，蒸馏水冲洗；
（4）继续将6 µL、10 µg/mL的玉米赤霉醇抗体滴加到电极表面，4 ℃冰箱中干燥，蒸馏水冲洗；
（5）继续将6 µL、质量分数为1%的BSA溶液滴加到电极表面，以封闭电极表面上非特异性活性位点，4 ℃冰箱中晾干，蒸馏水冲洗电极表面；
(6) 将6µL、10 pg/mL ~ 150 ng/mL的一系列不同浓度的玉米赤霉醇溶液滴加到电极表面，4℃冰箱中孵化60 ~ 80 min，蒸馏水冲洗电极表面除去未结合的玉米赤霉醇，制得一种玉米赤霉醇光电化学传感器。
实施例4所述ZnO的制备，步骤如下：
取25 mmol醋酸锌和3.5 mmoL氢氧化钾溶解于45 mL甲醇和5 mL蒸馏水中，85℃回流反应40 h，所得产物分别用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤，60℃真空干燥24 h，得到ZnO粉末。
实施例5所述ZnO的制备，步骤如下：
取27.5 mmol醋酸锌和3.7 mmoL氢氧化钾溶解于45 mL甲醇和5 mL蒸馏水中，85℃回流反应44 h，所得产物分别用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤，60℃真空干燥24 h，得到ZnO粉末。
实施例6所述ZnO的制备，步骤如下：
取30 mmol醋酸锌和3.9 mmoL氢氧化钾溶解于45 mL甲醇和5 mL蒸馏水中，85℃回流反应48 h，所得产物分别用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤，60℃真空干燥24 h，得到ZnO粉末。
实施例7所述ZnIn2S4的制备，步骤如下：
称取0.21 g的氯化锌，0.70 g氯化铟和0.48 g硫代乙酰胺溶于30 mL蒸馏水和10mL无水乙醇中，再用0.1 moL/L的HCI调节溶液pH到1，然后，将溶液转移到高压反应釜中，160℃下反应24 h，所得产物分别用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤三次，60℃真空干燥18 h，制得ZnIn2S4。
实施例8所述ZnIn2S4的制备，步骤如下：
称取0.2 g的氯化锌，0.72 g氯化铟和0.49 g硫代乙酰胺溶于30 mL蒸馏水和10mL无水乙醇中，再用0.1 moL/L的HCI调节溶液pH到1，然后，将溶液转移到高压反应釜中，170℃下反应21 h，所得产物分别用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤三次，60℃真空干燥18 h，制得ZnIn2S4。
实施例9所述ZnIn2S4的制备，步骤如下：
称取0.25 g的氯化锌， 0.75 g氯化铟和0.50 g硫代乙酰胺溶于30 mL蒸馏水和10mL无水乙醇中，再用0.1 moL/L的HCI调节溶液pH到1，然后，将溶液转移到高压反应釜中，180℃下反应18h，所得产物分别用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤三次，60℃真空干燥18 h，制得ZnIn2S4。
实施例10所述ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS的制备，包括以下步骤：
（1）ZnO/ZnIn2S4的制备
取15µL、3 mg/mL的ZnO滴加到导电玻璃的导电面，室温下晾干，8µL、1.5mg/mL的ZnIn2S4滴加到ZnO上，室温下晾干，200℃煅烧30 min，冷却，得到ZnO/ZnIn2S4；
（2）ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS的合成
将上述附着ZnO/ZnIn2S4的导电玻璃浸蘸在0.5 mol/L Cd(NO3)2·2H2O的乙醇溶液含0.05mol/L的Co(NO3)3·3H2O，保持3 min，室温晾干，无水乙醇冲洗，继续沉浸在0.5 mol/LNa2S的甲醇水溶液中，反应3 min，室温晾干，甲醇冲洗，得到ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS；
所述甲醇水溶液是指V甲醇：V水=1:1的溶液。
实施例11所述ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS的制备，包括以下步骤：
（1）ZnO/ZnIn2S4的制备
取15µL、3.5mg/mL的ZnO滴加到导电玻璃的导电面，室温下晾干，8µL、2.0 mg/mL的ZnIn2S4滴加到ZnO上，室温下晾干，200℃煅烧35 min，冷却，得到ZnO/ZnIn2S4；
（2）ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS的合成
将上述附着ZnO/ZnIn2S4的导电玻璃浸蘸在0.5 mol/L Cd(NO3)2·2H2O的乙醇溶液含0.05mol/L的Co(NO3)3·3H2O，保持4 min，室温晾干，无水乙醇冲洗，继续沉浸在0.5 mol/LNa2S的甲醇水溶液中，反应4min，室温晾干，甲醇冲洗，得到ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS；
所述甲醇水溶液是指V甲醇：V水=1:1的溶液。
实施例12所述ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS的制备，包括以下步骤：
（1）ZnO/ZnIn2S4的制备
取15µL、4 mg/mL的ZnO滴加到导电玻璃的导电面，室温下晾干，8µL、2.5 mg/mL的ZnIn2S4滴加到ZnO上，室温下晾干，200℃煅烧40 min，冷却，得到ZnO/ZnIn2S4；
（2）ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS的合成
将上述附着ZnO/ZnIn2S4的导电玻璃浸蘸在0.5 mol/L Cd(NO3)2·2H2O的乙醇溶液含0.05mol/L的Co(NO3)3·3H2O，保持5 min，室温晾干，无水乙醇冲洗，继续沉浸在0.5 mol/LNa2S的甲醇水溶液中，反应6min，室温晾干，甲醇冲洗，得到ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS；
所述甲醇水溶液是指V甲醇：V水=1:1的溶液。
实施例13玉米赤霉醇的检测，步骤如下：
（1）使用电化学工作站以三电极体系进行测试，所制备的传感器为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极，在10mL、pH7.4的含0.1mol/L抗坏血酸的PBS缓冲溶液进行测试；
（2）用时间-电流法对分析物进行检测，设置电压为0.1V，运行时间100s，照射LED灯波长为400 ~ 450 nm；
（3）当背景电流趋于稳定后，每隔10s开灯持续照射10 s，然后记录光电流，绘制工作曲线；
（4）将待测的玉米赤霉醇样品溶液代替玉米赤霉醇标准溶液进行检测，检测的结果可通过工作曲线查得；
（5）测定样品中玉米赤霉醇的线性范围为10 pg/mL ~ 150 ng/mL，检测限低至3.3pg/mL。

Claims (5)

1.一种玉米赤霉醇光电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将ITO导电玻璃切割至2.0cm ×0.8cm大小，依次用丙酮、乙醇和蒸馏水清洗30min，氮气吹干；
（2）取10 ~ 15 µL、4 mg/mL的ZnO滴加到导电玻璃的导电面，继续滴加6 ~ 10 µL、2mg/mL的花状ZnIn2S4，室温下晾干，200℃煅烧30 ~ 35 min，冷却，得到ZnO/ZnIn2S4，然后在其上面原位生长Co掺杂的CdS，制得ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS修饰电极；
（3）继续将ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS修饰电极浸蘸在3 mg/mL的盐酸多巴胺溶液中，在4 ℃冰箱中反应12 h，得到聚多巴胺PDA，制得ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS/PDA修饰电极，蒸馏水冲洗；
（4）继续将6 µL、6 ~ 10 µg/mL的玉米赤霉醇抗体滴加到电极表面，4 ℃冰箱中干燥，蒸馏水冲洗；
（5）继续将6 µL、质量分数为0.8% ~ 1%的BSA溶液滴加到电极表面，以封闭电极表面上非特异性活性位点，4 ℃冰箱中晾干，蒸馏水冲洗电极表面；
(6) 将6µL、10 pg/mL ~ 150 ng/mL的一系列不同浓度的玉米赤霉醇溶液滴加到电极表面，4℃冰箱中孵化60 ~ 80 min，蒸馏水冲洗电极表面除去未结合的玉米赤霉醇，制得一种玉米赤霉醇光电化学传感器。
2.如权利要求1所述的一种玉米赤霉醇光电化学传感器的制备方法，所述ZnO的制备，步骤如下：
取25 ~ 30 mmol醋酸锌和3.5 ~ 3.9 mmoL氢氧化钾溶解于45 mL甲醇和5 mL蒸馏水中，85℃回流反应40 ~ 48 h，所得产物分别用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤，60℃真空干燥24 h，得到ZnO粉末。
3.如权利要求1所述的一种玉米赤霉醇光电化学传感器的制备方法，所述ZnIn2S4的制备，步骤如下：
称取0.21 ~ 0.25 g的氯化锌，0.70 ~ 0.75 g氯化铟和0.48 ~ 0.50 g硫代乙酰胺溶于30 mL蒸馏水和10 mL无水乙醇中，再用0.1 moL/L的HCI调节溶液pH到1，然后，将溶液转移到高压反应釜中，160 ~180℃下反应18 ~ 24 h，所得产物分别用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤三次，60℃真空干燥18 h，制得ZnIn2S4。
4.如权利要求1所述的一种玉米赤霉醇光电化学传感器的制备方法，所述ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS的制备，包括以下步骤：
（1）ZnO/ZnIn2S4的制备
取15µL、3 ~ 4mg/mL的ZnO滴加到导电玻璃的导电面，室温下晾干，8µL、1.5 ~2.5 mg/mL的ZnIn2S4滴加到ZnO上，室温下晾干，200℃煅烧30 ~ 40 min，冷却，得到ZnO/ZnIn2S4；
（2）ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS的合成
将附着ZnO/ZnIn2S4的导电玻璃浸蘸在0.5 mol/L Cd(NO3)2·2H2O的乙醇溶液含0.05mol/L的Co(NO3)3·3H2O，保持3 ~ 5 min，室温晾干，无水乙醇冲洗，继续沉浸在0.5mol/LNa2S的甲醇水溶液中，反应3 ~ 6min，室温晾干，甲醇冲洗，得到ZnO/ZnIn2S4/Co-CdS；
所述甲醇水溶液是指V甲醇：V水=1:1的溶液。
5.如权利要求1所述的制备方法制备得到的一种玉米赤霉醇光电化学传感器，用于玉米赤霉醇的检测，步骤如下：
（1）使用电化学工作站以三电极体系进行测试，所制备的传感器为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极，在10mL、pH7.4的含0.1mol/L抗坏血酸的PBS缓冲溶液进行测试；
（2）用时间-电流法对分析物进行检测，设置电压为0.1V，运行时间100s，照射LED灯波长为400 ~ 450 nm；
（3）当背景电流趋于稳定后，每隔10s开灯持续照射10 s，然后记录光电流，绘制工作曲线；
（4）将待测的玉米赤霉醇样品溶液代替玉米赤霉醇标准溶液进行检测，检测的结果可通过工作曲线查得。
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