CN108845009A

CN108845009A - 一种光电化学适配体传感器及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN108845009A
Application number: CN201810650148.8A
Authority: CN
Inventors: 汤琳; 彭博; 欧阳细莲; 方思源; 邓垚成; 刘雅妮; 王敬敬
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2018-11-20
Anticipated expiration: 2038-06-22
Also published as: CN108845009B

Abstract

本发明公开了一种光电化学适配体传感器及其制备方法和应用，该光电化学适配体传感器包括导电玻璃电极，其反应端表面修饰有由负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片组成的复合膜，膜表面自组装有特异性适配体探针。其制备方法包括：依次在导电玻璃电极反应端表面修饰负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片和特异性适配体探针。本发明传感器具有稳定性高、使用寿命长、抗干扰能力强、检测范围宽、检测极限低等优点，其制备方法具有工艺简单、操作便捷、安全、成本低廉、无污染、制作效率高等优点。本发明传感器可广泛用于检测水体、生物体等介质中的污染物(如抗生素)，具有利用率高、应用范围广、应用价值高等优点。

Description

一种光电化学适配体传感器及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于生物传感器技术领域，涉及一种光电化学适配体传感器及其制备方法和应用。

背景技术

由于简单仪器，低成本，快速分析和高灵敏度等优点，光电化学传感器已经引起了越来越多的研究兴趣。在光电化学传感器检测系统中，采用工作电极将光能转化为与浓度成线性关系的电信号，因而工作电极在光电化学传感器检测系统中起着重要作用。各种光活性半导体材料如TiO₂、ZnO、CdS和CdSe等，可以有效地转换紫外光或可见光，已被广泛应用于制备工作电极，但这些材料对光的利用率较低，且含有的金属离子具有潜在的毒性，所以有必要研究一种高效、稳定、低毒的新型光活性材料用于构建光电化学传感器。石墨相的非金属半导体氮化碳(g-C₃N₄)作为一种光活性材料，由于其优异的化学稳定性和低廉的制备成本引起人们的关注，然而纯的g-C₃N₄由于其量子产率不高而表现出较低的光催化活性，并且常规条件制备的g-C₃N₄块体较大，无法形成薄片状，不利于其他材料的负载和分散。另一方面，为了实现对检测对象产生特异性的光电响应，常将DNA、分子印迹聚合物、抗体、酶和适配体用于与光电极一起作为光电化学传感器中的识别元件，然而由这些识别元件构成的光电化学传感器存在结构复杂、稳定性差、使用寿命短、抗干扰能力差、检测范围和检测极限不足等问题，另外，这些光电化学传感器的制备方法还存在制备工艺复杂、操作困难、成本高、效率低等问题，同时所制得的光电化学传感器仍然存在稳定性差等不足，这严重限制了光电化学传感器的广泛应用。因此，亟需研究出一种基于g-C₃N₄的比表面积大、太阳光利用率高、分散性能好、热稳定性好、导电性好的功能型光活性纳米材料，使得该材料能够用于环境污染物的检测和处理中，特别地，在将该材料用于制备光电化学适配体传感器的工作电极时能够简化工作电极的制备步骤，且在提高灵敏度的同时使得由该材料制备得到的工作电极能够直接用于检测污染物。

抗生素是一类具有抗菌活性的化合物，它在动物源性食品中的残留是典型的食品安全问题之一，并且由于滥用和抗生素耐药性的增加而被视为重要的健康危害。土霉素(OTC)是一种从环状链霉菌中提取获得的四环素衍生物，作为广谱抗菌药物广泛用于人类医学、兽医医药、水果和蔬菜，以防止细菌疾病。但是，这些药物的滥用带来了一些不良影响，如过敏反应、抗生素耐药性和药物残留。食物链中的药物残留物可能危害人体健康，世卫组织已宣布药物和人类食物中土霉素的最大允许含量为0.1mg L^-1。现有测定OTC的方法包括：高效液相色谱法、酶联免疫吸附试验、毛细管电泳法、免疫分析和电化学方法等等，这些方法中存在操作繁琐、精确度和特异性较差、检测成本较高等问题。因此，开发高灵敏度和选择性的方法来定量检测环境中的土霉素是非常必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种稳定性高、使用寿命长、抗干扰能力强、检测范围宽、检测极限低的光电化学适配体传感器，并相应提供一种工艺简单、操作便捷、安全、成本低廉、无污染、制作效率高的光电化学适配体传感器的制备方法，同时还提供一种上述光电化学适配体传感器在检测抗生素中的应用，特别地采用上述光电化学适配体传感器检测土霉素时具有抗干扰能力强、检测范围宽、检测极限低等优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种光电化学适配体传感器，包括三电极系统中用作工作电极的导电玻璃电极，所述导电玻璃电极的反应端表面修饰有复合膜，所述复合膜由负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片组成；所述复合膜表面自组装有特异性适配体探针；所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片是以磷杂化石墨相氮化碳纳米片为载体，所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面负载有金纳米粒子。

上述的光电化学适配体传感器，进一步改进的，所述导电玻璃电极为二氧化锡导电玻璃电极；所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片中磷杂化石墨相氮化碳纳米片与金纳米粒子的质量比为1∶0.01～0.2。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述光电化学适配体传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1、将负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片悬浮液涂覆在导电玻璃电极的反应端表面，得到负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片修饰的导电玻璃电极；

S2、将特异性适配体探针溶液滴加到步骤S1得到的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片修饰的导电玻璃电极的反应端表面进行反应，所得导电玻璃电极加入到6-巯基乙醇溶液中进行培养，使特异性适配体探针通过金硫共价键固定在导电玻璃电极的反应端表面，完成对光电化学适配体传感器的制备。

上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片悬浮液是由负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散于全氟磺酸溶液中制得。

上述的制备方法，进一步改进的，所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片悬浮液中负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片的浓度为2mg/mL～10mg/mL。

上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片由以下方法制得：

(1)将磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散于甲醇/水混合溶液中，得到磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液；

(2)将磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液与氯金酸溶液混合，搅拌，光催化还原反应，得到负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片。

上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤(1)中，所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片与甲醇/水混合溶液的质量体积比为2mg～3mg∶1mL；所述甲醇/水混合溶液由甲醇和超纯水混合制得；所述甲醇和超纯水的体积比为0.5～1.5∶5。

上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤(1)中，所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片由以下方法制得：

(a)将三聚氰胺和2-氨乙基磷酸溶解到水中，得到混合溶液；所述三聚氰胺和2-氨乙基磷酸的质量比为40～80∶1；所述三聚氰胺与水的质量体积比为1g～2g∶60mL～100mL；

(b)将步骤(a)得到的混合溶液进行加热，将水蒸发，得到混合晶体；

(c)将步骤(b)得到的混合晶体升温至400℃～520℃焙烧2h～4h，再升温至520℃～550℃焙烧3h～5h，得到磷杂化石墨相氮化碳粉体；

(d)将步骤(c)得到的磷杂化石墨相氮化碳粉体升温至400℃～520℃热处理2h～4h，得到磷杂化石墨相氮化碳纳米片。

上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤(2)中，所述氯金酸溶液由氯金酸和超纯水混合制得；所述氯金酸和超纯水的质量体积比为1g∶60mL～120mL；所述氯金酸溶液与磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液的体积比为0.0025～0.05∶1；所述搅拌的时间为0.5h～1.5h；所述光催化还原反应的时间为0.5h～1.5h。

上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述特异性适配体探针溶液的浓度为0.5μM～5μM；所述反应在温度为3℃～5℃下进行；所述反应的时间为10h～12h；所述6-巯基乙醇溶液的浓度为0.5mM～1.5mM；所述培养的时间为0.5h～1h。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的光电化学适配体传感器或上述的制备方法制得的光电化学适配体传感器在检测抗生素中的应用。

上述的应用，进一步改进的，所述应用包括以下步骤：将抗生素溶液滴加到光电化学适配体传感器中导电玻璃电极的反应端表面进行反应，使光电化学适配体传感器中的特异性适配体探针对抗生素进行特异性识别和捕获；以捕获抗生素的导电玻璃电极作为工作电极，建立三电极系统；将三电极系统与电化学工作站连接，采用计时电流法在间歇光照下进行测试；根据抗生素浓度与光电流变化关系构建检测线性回归方程，根据检测线性回归方程计算待测溶液中抗生素的浓度。

上述的应用，进一步改进的，所述抗生素为土霉素时，所述光电化学适配体传感器中特异性适配体探针的核苷酸序列为5'-(SH)-(CH₂)₆-GGAATTCGCTAGCACGTTGACGCTGGTGCCCGGTTGTGGTGCGAGTGTTGTGTGGATCCGAGCTCCACGTG-3'；

上述的应用，进一步改进的，所述抗生素为土霉素时，所述土霉素浓度与光电流变化关系的检测线性回归方程为：

ΔPI＝2.787c(OTC)+6.336 (1)

式(1)中，ΔPI表示峰电流与背景峰电流的差值，单位为nA；c(OTC)为待测溶液中土霉素浓度，单位为nM；式(1)的相关系数R²＝0.999，土霉素检测线性范围为0.5nM～200nM，检测下限为0.34nM。

上述的应用，进一步改进的，所述反应的时间为0.5h～1h。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明提供了一种光电化学适配体传感器，包括三电极系统中用作工作电极的导电玻璃电极(如二氧化锡导电玻璃电极)，其中导电玻璃电极的反应端表面修饰有由负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片组成的复合膜，复合膜表面自组装有特异性适配体探针。本发明中，如果待测水体中存在污染物分子，特异性适配体探针会特异性识别和捕获污染物分子，此时在电极表面形成位阻效应，阻碍负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片产生的光生电子传递给电解液中的溶解氧，且光电流信号随着污染物浓度的增加而减小，从而达到检测污染物的目的。本发明中，将负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片作为功能型纳米材料用于制备光电化学适配体传感器的工作电极，可减少工作电极制备步骤，提高光电化学适配体传感器的检测灵敏度，且负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片具有比表面积大、孔径规整有序、分散性能好、光能利用率高等优点，可以为提供更多的活性位点和适配体探针负载位点，最小化电子扩散距离，极大地促进电子和空穴的分离，极大地提高光生电子空穴的分离效率，从而提高光电化学适配体传感器的分析性能。本发明中，磷杂化石墨相氮化碳纳米片和金纳米粒子具有协同放大作用，以及磷杂化石墨相氮化碳纳米片与金纳米粒子均具有较高的电导性和良好的热稳定性，可以提高光能利用率，促进电子和空穴分离，使得工作电极有更好的光生电子空穴对的分离效率与导电能力，很大程度上提高了光电化学适配体传感器的灵敏度，降低了信噪比，从而使得光电化学适配体传感器具有宽的检测范围和低的检测极限。本发明中，磷杂化石墨相氮化碳纳米片是一种具有规整内平面介孔结构的超薄层状结构，该结构可以使磷杂化石墨相氮化碳纳米片稳定地固定在导电玻璃电极反应端表面，且可以使金纳米粒子均匀分散在磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面，同时在磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面的金纳米粒子为特异性适配体探针的固定提供了很好的平台，使得特异性适配体探针可以通过金硫键稳定地附着在导电玻璃电极的反应端表面，从而提高光电化学适配体传感器的稳定性和使用寿命。本发明中，特异性适配体探针具有高特异性、结合能力强、高稳定性等优点，是一种抗干扰能力强的识别元件。本发明光电化学适配体传感器具有稳定性高、使用寿命长、抗干扰能力强、检测范围宽、检测极限低等优点，可实现对水体和生物体等介质中污染物(如抗生素)的特异性检测，利用率高，且有着很好的使用价值和应用前景。

(2)本发明的光电化学适配体传感器中，所用负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片，以磷杂化石墨相氮化碳纳米片为载体，磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面负载金纳米粒子。本发明磷杂化石墨相氮化碳纳米片中，磷原子的掺杂可以提高石墨相氮化碳对可见光的吸收能力，能够进一步提高石墨相氮化碳材料的光催化效果，且磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面具有介孔结构，比表面积进一步增加，可以促进材料与反应物的接触，也能更有利于金纳米粒子在磷杂化石墨相氮化碳纳米片上面的成核生长，形成的复合材料接触也更紧密，稳定性更高；同时，磷杂化石墨相氮化碳纳米片，具有制备简单、稳定性高、环境友好等优点。本发明中，金纳米粒子是一种优良的电子导体，存在等离子体共振效应(SPR)，将金纳米粒子修饰在磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面，能够充分利用金的等离子体共振效应，使磷杂化石墨相氮化碳纳米片对近红外光具有一定的吸收能力，从而提高磷杂化石墨相氮化碳纳米片在近红外光的响应程度，能够将磷杂化石墨相氮化碳纳米片的光催化响应范围从可见光区拓展到近红外光区，进而增强磷杂化石墨相氮化碳纳米片的光能利用率，同时，金纳米粒子的引入使得复合光催化剂具有很好的光生电子和空穴分离能力，电子-空穴复合减少，通过减少光响应过程中有效电子和空穴的损耗，从而极大地提高材料的光电化学性能，因而将金纳米粒子修饰在磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面，使材料具有可见光吸收程度高、光催化效率好等优点。本发明中金和磷元素的共同修饰对提高石墨相氮化碳的光电化学性能具有协同促进作用，使得本发明的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片具有更强的光电化学响应和更好的稳定性。另外，本发明负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片具有比表面积大、孔径规整有序、分散性能好、光能利用率高等优点，是一种新型的石墨相氮化碳复合材料。

(3)本发明提供了一种光电化学适配体传感器的制备方法，具有工艺简单、操作便捷、安全、成本低廉、无污染、制作效率高等优点，适合于大规模制备，有利于工业化应用。

(4)本发明制备方法中，还包括对负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片的制备，由以下方法制得：以磷杂化石墨相氮化碳纳米片为载体，将磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散甲醇/水混合溶液中，然后加入氯金酸溶液进行光催化还原将金纳米粒子原位负载到磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面，具有操作简单，金纳米粒子分散均匀，不需要添加额外的化学辅助溶剂等优点，且所形成复合材料稳定性好，光电化学性能强。本发明负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片的制备方法具有制备工艺简单、成本低等优点，适合于大规模制备。

(5)本发明还提供了一种光电化学适配体传感器在检测抗生素中的应用，通过将抗生素溶液滴加到光电化学适配体传感器中导电玻璃电极(如二氧化锡导电玻璃电极)的反应端表面进行反应，使光电化学适配体传感器上的特异性适配体探针对抗生素分子进行特异性识别和捕获，然后以捕获抗生素的导电玻璃电极作为工作电极，建立三电极系统，并通过三电极系统与电化学工作站连接，采用计时电流法在间歇光照下进行测试，建立抗生素浓度与光电流变化关系的检测线性回归方程，根据该检测线性回归方程计算待测溶液中抗生素的浓度。特别地，采用本发明光电化学适配体传感器检测土霉素时，该光电化学适配体传感器能够检测水体和生物体等介质中的土霉素，提高了光电化学适配体传感器的利用率，且对于土霉素的检测能获得较好的检测范围和检测极限，具有稳定性高、使用寿命长、检测范围宽、检测极限低、抗干扰能力强等优点，应用范围广，应用价值高。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

图1为本发明实施例1中制得的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片(Au/PCN-S)、实施例2中制得的光电化学适配体传感器(aptamer/Au/PCN-S/FTO)的阻抗图。

图2为本发明实施例2中光电化学适配体传感器检测不同浓度土霉素溶液时对应的光电流响应图。

图3为本发明实施例2中不同浓度土霉素与光电流变化关系的检测线性回归图。

图4为本发明实施例4中光电化学适配体传感器检测不同抗生素时对应的光电流响应图。

图5为本发明实施例5中光电化学适配体传感器的再现性对比图。

图6为本发明实施例6中光电化学适配体传感器的稳定性对比图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中所采用的原料和仪器均为市售。本发明实施例中，若无特别说明，所采用的工艺为常规工艺，所采用的设备为常规设备，且所得数据均是三次以上重复实验的平均值。

光源取自高亮度氙灯平行光源系统仪器，并以300W氙灯(北京泊菲莱)作为可见光源。用420nm滤光片滤掉氙灯的可见光。电化学实验使用CHI660B电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)，利用传统的三电极体系：修饰的导电玻璃电极为工作电极，铂丝电极为对电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极(所有电位均相对于SCE)。

实施例1

一种光电化学适配体传感器，包括在三电极系统中用作工作电极的导电玻璃电极，导电玻璃电极的反应端表面修饰有复合膜，复合膜由负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片组成，复合膜表面自组装有特异性适配体探针，特异性适配体探针对污染物分子进行特异性识别和捕获，其中负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片，以磷杂化石墨相氮化碳纳米片为载体，磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面负载有金纳米粒子。

本实施例中，导电玻璃电极为二氧化锡导电玻璃电极。

本实施例中，负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片中磷杂化石墨相氮化碳纳米片与金纳米粒子的质量比为1∶0.1。

本实施例中，通过光催化还原法使金纳米粒子负载(修饰)在磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面，且金纳米粒子均匀的分散在磷杂化石墨相氮化碳纳米片的表面。

一种上述本实施例的光电化学适配体传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)将18.0g三聚氰胺和0.3g 2-氨乙基磷酸置于烧杯中，加入900mL水，搅拌充分溶解，得到混合溶液；将混合溶液加热，使水完全蒸发，得到白色的混合晶体；将混合晶体放置于管式炉中焙烧，具体为：将混合晶体从室温升至500℃，保持3h，然后升温至550℃，保持5h，待冷却至室温，研磨，得到磷杂化石墨相氮化碳粉体，记为PCN-B。

(2)称取3.0g步骤(1)得到的磷杂化氮化碳粉体从室温升至500℃，保持2h，待冷却至室温，得到磷杂化石墨相氮化碳纳米片，即为PCN-S。

(3)取0.05g步骤(2)制备的磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散于20mL甲醇/水混合溶液(该甲醇/水混合溶液由甲醇和超纯水混合制备得到，其中甲醇与超纯水的体积比为1∶5)中，混合均匀，得到磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液；将863μL氯金酸溶液(该氯金酸溶液中氯金酸和超纯水的质量体积比为1g∶120mL)加入到磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液中，搅拌1h，进行光催化还原反应1h，使金纳米粒子负载到磷杂化石墨相氮化碳纳米片材料表面，收集，清洗，干燥，得到负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片，记为Au/PCN-S。

(4)将0.004g步骤(3)中的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片加入到1mL全氟磺酸溶液中，振荡均匀，得到负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片悬浮液；将负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片悬浮液均匀涂覆在处理干净的二氧化锡(FTO)导电玻璃电极的反应端表面，形成负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片的复合膜，干燥后，得到负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片修饰的二氧化锡导电玻璃电极，记为Au/PCN-S/FTO。

(5)将浓度为2μM的特异性适配体探针溶液滴加到步骤(4)得到的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片修饰的二氧化锡导电玻璃电极的反应端表面，使特异性适配体探针溶液均匀涂覆在二氧化锡导电玻璃电极的反应端表面，在4℃下反应12h，所得二氧化锡导电玻璃电极用超纯水冲洗，再转入到浓度为1mM的6-巯基乙醇溶液中培养0.5h，用超纯水冲洗，得到组装有特异性适配体探针的Au/PCN-S/FTO，即为本发明的光电化学适配体传感器。

一种上述本实施例的光电化学适配体传感器在检测抗生素中的应用，其中光电化学适配体传感器中特异性适配体探针对抗生素分子具有特异性识别和捕获功能，包括以下步骤：

(1)将抗生素溶液滴加到光电化学适配体传感器中FTO导电玻璃电极的反应端表面，在60℃下反应1h，使光电化学适配体传感器上的特异性适配体探针对抗生素分子进行特异性识别和捕获。

(2)以步骤(1)中捕获抗生素的FTO导电玻璃电极作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂电极作为对电极，建立三电极系统。

(3)将三电极系统与电化学工作站连接，采用计时电流法在间歇光照下进行测试。

(4)根据抗生素浓度与光电流变化关系构建检测线性回归方程，并根据检测线性回归方程计算待测溶液中抗生素的浓度。

对本发明实施例1中制得的磷杂化石墨相氮化碳纳米片(PCN-S)和负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片(Au/PCN-S)进行透射电镜成像分析，其结果表明，磷杂化石墨相氮化碳纳米片呈典型的片层结构，表面不光滑，具有大量的内平面介孔结构；金纳米粒子均匀的分散在磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面，说明金纳米粒子和磷杂化石墨相氮化碳纳米片很好地进行了复合。

实施例2

一种光电化学适配体传感器，与实施例1的光电化学适配体传感器基本相同，区别仅在于：实施例2的光电化学适配体传感器中特异性适配体探针为土霉素特异性适配体探针，其中土霉素特异性适配体探针的核苷酸序列为5'-(SH)-(CH₂)₆-GGAATTCGCTAGCACGTTGACGCTGGTGCCCGGTTGTGGTGCGAGTGTTGTGTGGATCCGAGCTCCACGTG-3'。

一种上述本实施例的光电化学适配体传感器的制备方法，与实施例1的制备方法基本相同，区别仅在于：实施例2的制备方法中，步骤(5)中采用的特异性适配体探针溶液为土霉素特异性适配体探针溶液。

实施例2中制得的光电化学适配体传感器，记为aptamer/Au/PCN-S/FTO。

一种上述本实施例的光电化学适配体传感器在检测土霉素中的应用，包括以下步骤：

(1)将土霉素溶液滴加到光电化学适配体传感器中FTO导电玻璃电极的反应端表面，在60℃下反应1h，使光电化学适配体传感器上的土霉素特异性适配体探针对土霉素分子进行特异性识别和捕获。

(2)以步骤(1)中捕获土霉素的FTO导电玻璃电极作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂电极作为对电极，建立三电极系统。

(4)根据土霉素浓度与光电流变化关系构建检测线性回归方程，并根据检测线性回归方程计算待测溶液中土霉素的浓度。

对本发明实施例1中制得的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片(Au/PCN-S)、实施例2中制得的光电化学适配体传感器(aptamer/Au/PCN-S/FTO)在含0.1M KCl的5.0mM铁氰溶液([Fe(CN)₆]^3-/4-)中进行阻抗测试，结果如图1所示。图1为本发明实施例1中制得的负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片(Au/PCN-S)、实施例2中制得的光电化学适配体传感器(aptamer/Au/PCN-S/FTO)的阻抗图。由图1可知，随着土霉素特异性适配体探针修饰到Au/PCN-S/FTO上，导致aptamer/Au/PCN-S/FTO电阻升高，说明土霉素特异性适配体探针成功修饰到了Au/PCN-S/FTO上。

图2为本发明实施例2中光电化学适配体传感器检测不同浓度土霉素溶液时对应的光电流响应图。图2中，a、b、c、d、e、f、g、h、i分别对应土霉素溶液的浓度为0、0.5nM、25nM、50nM、80nM、100nM、120nM、150nM和200nM。由图2可知，光电流随着土霉素浓度的增加而减小。

图3为本发明实施例2中不同浓度土霉素与光电流变化关系的检测线性回归图。由图3可知，土霉素浓度与光电流变化关系的检测线性回归方程为：

ΔPI＝2.787c(OTC)+6.336 (1)

式(1)中，ΔPI表示峰电流与背景峰电流的差值，单位为nA；c(OTC)为待测溶液中土霉素浓度，土霉素浓度的单位为nM；式(1)的相关系数R²＝0.999，土霉素检测线性范围为0.5nM～200nM，检测下限为0.34nM。

由此可见，实施例2中的光电化学适配体传感器可以用来检测土霉素，并可根据检测线性回归方程计算待测土霉素的浓度。

实施例3

考察实施例2的光电化学适配体传感器的检测精度，采用标准添加法将该光电化学适配体传感器用于实际样品中的目标物检测(测定方法参照实施例2)，进行回收率实验。

(1)采用实施例2中光电化学适配体传感器分别检测湘江水中土霉素的浓度，具体步骤为：将湘江水经过滤等预处理后，取上清液用磷酸盐缓冲溶液调节pH至7.0。样品(含有土霉素)中目标物质的浓度参照表1，最后将实施例2的光电化学适配体传感器按照实施例2的方法检测待测溶液中的土霉素，并将结果与传统HPLC方法检测结果进行对比，测定结果列于表1中。

表1待测溶液的回收率验证结果

从表1中可以看出，本发明的光电化学适配体传感器在可测定的浓度范围内，回收率基本在97.28％～101.33％之间，测定结果理想，相比传统的检测技术，采用本发明光电化学适配体传感器的检测方法操作简单快速。由表1可知，本发明光电化学适配体传感器可用于检测水体中的土霉素，能够获得较好的检测精度。

实施例4

考察实施例2的光电化学适配体传感器的抗干扰能力，现用实施例2中的光电化学适配体传感器分别对浓度为100nM的土霉素溶液、金霉素(aureomycin)和土霉素的混合溶液(该混合溶液中金霉素和土霉素的浓度均为100nM)、卡那霉素(kanamycin)和土霉素的混合溶液(该混合溶液中卡那霉素和土霉素的浓度均为100nM)、强力霉素(vibramycin)和土霉素的混合溶液(该混合溶液中强力霉素和土霉素的浓度均为100nM)、氧氟沙星(ofloxacin)和土霉素的混合溶液(该混合溶液中氧氟沙星和土霉素的浓度均为100nM)进行测试(测定方法参照实施例2和实施例3)，分别编号为A1、A2、A3、A4、A5，检测结果如图4所示。

图4为本发明实施例4中光电化学适配体传感器检测不同抗生素时对应的光电流响应图。由图4可知，本发明实施例2中的光电化学适配体传感器对土霉素有较好的光电流响应，对其它抗生素无光电流响应，这说明本发明光电化学适配体传感器具有较好的抗干扰能力。

实施例5

考察实施例2的光电化学适配体传感器的再现性，现按实施例2中的方法制备5个相同的光电化学适配体传感器，将这些光电化学适配体传感器分别对100nM土霉素溶液进行测试，测试结果如附图5所示。图5为本发明实施例5中光电化学适配体传感器的再现性对比图。由图5可知，这5个工作电极测得光电流值的相对标准偏差为3.3％，这说明本发明实施例2中的光电化学适配体传感器具有很好的再现性。

实施例6

考察实施例2的光电化学适配体传感器的稳定性，将实施例2中的光电化学适配体传感器置于4℃冰箱中2个星期，取出光电化学适配体传感器按照实施例2中的方法对土霉素溶液(该溶液中土霉素的浓度均为100nM)进行测试，测试结果如图6所示。图6为本发明实施例6中光电化学适配体传感器的稳定性对比图。由图6可知，本发明光电化学适配体传感器工作电极在保存2个星期后仍对土霉素有较好的响应，对比于最初检测土霉素的光电流响应值仍有98.6％，说明本发明光电化学适配体传感器稳定性好、使用寿命长。

上述检测结果表明，由本发明负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片制得的光电化学适配体传感器具有稳定性好、使用寿命长、检测范围宽、检测极限低、抗干扰能力强等优点。

以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，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的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种光电化学适配体传感器，包括三电极系统中用作工作电极的导电玻璃电极，其特征在于，所述导电玻璃电极的反应端表面修饰有复合膜，所述复合膜由负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片组成；所述复合膜表面自组装有特异性适配体探针；所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片是以磷杂化石墨相氮化碳纳米片为载体，所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片表面负载有金纳米粒子。

2.根据权利要求1所述的光电化学适配体传感器，其特征在于，所述导电玻璃电极为二氧化锡导电玻璃电极；所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片中磷杂化石墨相氮化碳纳米片与金纳米粒子的质量比为1∶0.01～0.2。

3.一种如权利要求1或2所述的光电化学适配体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片悬浮液是由负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散于全氟磺酸溶液中制得；所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片悬浮液中负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片的浓度为2mg/mL～10mg/mL；所述负载金纳米粒子的磷杂化石墨相氮化碳纳米片由以下方法制得：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片与甲醇/水混合溶液的质量体积比为2mg～3mg∶1mL；所述甲醇/水混合溶液由甲醇和超纯水混合制得；所述甲醇和超纯水的体积比为0.5～1.5∶5；所述磷杂化石墨相氮化碳纳米片由以下方法制得：

(d)将步骤(c)得到的磷杂化石墨相氮化碳粉体升温至400℃～520℃热处理2h～4h，得到磷杂化石墨相氮化碳纳米片；

所述步骤(2)中，所述氯金酸溶液由氯金酸和超纯水混合制得；所述氯金酸和超纯水的质量体积比为1g∶60mL～120mL；所述氯金酸溶液与磷杂化石墨相氮化碳纳米片分散液的体积比为0.0025～0.05∶1；所述搅拌的时间为0.5h～1.5h；所述光催化还原反应的时间为0.5h～1.5h。

6.根据权利要求3～5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述特异性适配体探针溶液的浓度为0.5μM～5μM；所述反应在温度为3℃～5℃下进行；所述反应的时间为10h～12h；所述6-巯基乙醇溶液的浓度为0.5mM～1.5mM；所述培养的时间为0.5h～1h。

7.一种权利要求1或2所述的光电化学适配体传感器或权利要求3～6中任一项所述的制备方法制得的光电化学适配体传感器在检测抗生素中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：将抗生素溶液滴加到光电化学适配体传感器中导电玻璃电极的反应端表面进行反应，使光电化学适配体传感器中的特异性适配体探针对抗生素进行特异性识别和捕获；以捕获抗生素的导电玻璃电极作为工作电极，建立三电极系统；将三电极系统与电化学工作站连接，采用计时电流法在间歇光照下进行测试；根据抗生素浓度与光电流变化关系构建检测线性回归方程，根据检测线性回归方程计算待测溶液中抗生素的浓度。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述抗生素为土霉素时，所述光电化学适配体传感器中特异性适配体探针的核苷酸序列为5'-(SH)-(CH₂)₆-GGAATTCGCTAGCACGTTGACGCTGGTGCCCGGTTGTGGTGCGAGTGTTGTGTGGATCCGAGCTCCACGTG-3'；所述土霉素浓度与光电流变化关系的检测线性回归方程为：

ΔPI＝2.787c(OTC)+6.336 (1)

10.根据权利要求8或9所述的应用，其特征在于，所述反应的时间为0.5h～1h。