CN108896631A - 一种以硫化铜-二氧化钛异质结结构为支架的光电化学适配体传感器的构建方法 - Google Patents
一种以硫化铜-二氧化钛异质结结构为支架的光电化学适配体传感器的构建方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种以硫化铜‑二氧化钛异质结结构为支架的光电化学适配体传感器的构建方法，具体为：首先采用溶胶‑凝胶法制备表面光滑的二氧化钛纳米球，随后在450℃的条件下煅烧2h得到锐钛矿二氧化钛。然后采用改进的水热法将硫化铜纳米粒子负载于二氧化钛纳米球表面，形成硫化铜‑二氧化钛异质结。将硫化铜‑二氧化钛这一光敏材料作为支架构建光电化学DNA适配体传感器，实现对水体中微囊藻毒素LR的快速检测。硫化铜‑二氧化钛复合物具有高比表面积，能够负载更多的生物分子；同时又能延迟光生电荷的复合，因而具有很高的光电转换效率。所构建的适配体传感器表现出较高的灵敏度、较宽的线性范围和较低的检测限。
Description
技术领域
本发明属于光电化学适配体传感器构建技术领域，具体涉及一种以硫化铜-二氧化钛（CuS-TiO2）异质结结构为支架的光电化学适配体传感器的构建方法，该光电化学适配体传感器可用于定量检测水中微囊藻毒素LR（MC-LR）。
背景技术
随着地表水的富营养化和全球气候的变化，蓝藻水华现象在水生环境中的频繁发生引起了人们的广泛关注。在富营养化过程中被蓝藻细菌释放的七肽——微囊藻毒素LR（microcystin-LR，MC-LR）是一种肝毒素和神经毒素，甚至会促发肿瘤，被认为是毒性最强的微囊藻毒素（MCs）之一。即使在长期低水平暴露下，MC-LR可通过抑制2A和1型蛋白磷酸酶的活性促进肿瘤的发生，破坏体内蛋白质磷酸化的动态平衡，造成角蛋白纤维破坏、肝出血、肝炎和原发性肝癌等病状的发生。由于MC-LR在水生生态系统中容易积累且难自发降解，为了保障人类的健康安全，世界卫生组织（WHO）规定了饮用水中MC-LR的最大允许量为1μg L-1。目前检测MC-LR的方法有：高效液相色谱法、液相色谱-质谱联用法、毛细电泳法、免疫测定法、酶联免疫吸附试验、蛋白磷酸酶抑制测定等分析技术。然而，这些测定方法常有以下几种缺点：比如，需要专业人员操作、仪器设备比较庞大、样品预处理过程比较繁琐、成本高且耗时长。因此有必要寻找一种方法快速灵敏检测水中MC-LR，以确保人类、水生生物以及生态环境的健康稳定发展。
近年来，光电化学（PEC）生物传感器作为一种超灵敏和快速的检测方法，因其仪器操作简单、成本低、响应速度快，以及背景电流低而引起了科研工作者的兴趣。但因其具有很强的氧化能力，导致PEC方法的选择性较差。据报道，适配体相较于抗原-抗体特异反应具有更高的特异性和选择性，以及价格低廉、稳定性良好、易于化学修饰和功能化等优点。因此，将PEC分析技术与适配体结合，不仅可以充分发挥它们各自的优点，同时又弥补了PEC技术的不足，成为近年来分析化学研究的新课题。
与电化学分析不同的是，PEC分析需要光敏工作电极在光照下产生光电流。因此，选择良好的光敏材料是PEC检测的关键所在。近年来，具有良好生物相容性、强光催化性能、高化学稳定性、大比表面积以及无毒无害等优点的TiO2被广泛应用于构建生物传感器。但是，TiO2具有大的禁带宽度（锐钛矿3.2 eV，金红石3.0 eV），导致其对可见光的吸收效率很低，只有在低于387.5 nm波长以下的紫外区具有光活性，这严重阻碍了TiO2在生物传感器中的实际应用。为了提高TiO2在可见光区域的光活性，必须对TiO2进行改性，通常包括量子点敏化、金属或非金属元素的掺杂、以及制备TiO2复合物异质结等。而与窄带隙半导体的耦合是提高TiO2可见光活性的最有效方法之一，促进了其光生电子和空穴的有效分离，增大光电流。据报道，CuS（带隙为2.1 eV）被广泛应用于太阳能电池、电化学电池、红外探测器、传感器和催化剂等领域中。因而我们在本专利中将CuS和TiO2生长在一起制备出CuS-TiO2异质结，既改善了TiO2对可见光的吸收，又减少了CuS纳米粒子的团聚，并将这一具有优异光电性能的复合材料用于构建适配体传感器的支架。
发明内容
本发明目的在于研制一种以硫化铜-二氧化钛（CuS-TiO2）异质结结构为支架的光电化学适配体传感器的构建方法，该传感器可用于检测水中微囊藻毒素LR（MC-LR）的含量，且灵敏度较高、线性范围较宽、检测限较低。
本发明公开了制备具有异质结结构的CuS-TiO2/ITO电极的方法，包括以下步骤：
（1）具有异质结结构的CuS-TiO2的制备：将锐钛矿TiO2纳米球、超纯水、十二烷基硫酸钠、L-半胱氨酸混合，并调节pH至6.5，得到A溶液；
将CuCl2水溶液注射到A溶液中，反应5-15 min后，在30-40 ℃下保持25-35 min，然后置于0-4 ℃的冰水浴中，并在冰水浴中超声震荡30 min后，转入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160±5 ℃下反应10-15 h后冷却至室温，过滤产物并取下层墨绿色沉淀洗涤、离心后在55-65 ℃下干燥、研磨，得到具有异质结结构的CuS-TiO2；
（2）CuS-TiO2/ITO电极的制备：
将步骤（1）制得CuS-TiO2分散于壳聚糖的醋酸水溶液中震荡，获得CuS-TiO2悬浮液；随后取CuS-TiO2悬浮液旋涂在洁净的ITO导电玻璃片上，晾干，得到CuS-TiO2/ITO电极。壳聚糖的醋酸水溶液浓度为0.2%，其中溶剂为醋酸水溶液，醋酸水溶液中醋酸的体积分数为1%。每2 mg CuS-TiO2需要分散于1 mL壳聚糖的醋酸水溶液中。
进一步地，步骤（1）中锐钛矿TiO2纳米球、超纯水、十二烷基硫酸钠、L-半胱氨酸的混合方式按照以下步骤：将0.05-0.1 g锐钛矿TiO2纳米球分散于30-40 mL超纯水中形成均匀的悬浮液，然后将1-3 mL、0.5-2 M的十二烷基硫酸钠溶液加入悬浮液中搅拌1-3 h，随后，加入140-150 mg的L-半胱氨酸，并超声20-40 min。
进一步地，步骤（1）中CuCl2水溶液注射到A溶液中的方式按照以下步骤：将1-5mL、0.05-0.2 M的CuCl2水溶液边搅拌边注射到A溶液中。
进一步地，步骤（1）中CuCl2水溶液体积和浓度分别为3 mL、0.1 M，CuCl2水溶液滴加时间为20 min；滴加完CuCl2水溶液后TiO2：CuCl2的摩尔质量比=3:1。
以具有异质结结构的CuS-TiO2/ITO电极作为支架制备光电化学适配体传感器的构建方法，包括以下步骤：
首先将1-3mg的BS3（辛二酸双（3-磺基-N-羟基琥珀酰亚胺酯）钠盐，一种双氨基交联剂）溶解于PBS缓冲液中得到B溶液；取10-30 μL的B溶液旋涂在CuS-TiO2/ITO电极上，随后用PBS缓冲液冲洗；将10-30 μL氨基化的MC-LR适配体溶液在CuS-TiO2/ITO电极上孵育3 h后，用PBS缓冲液清洗；接着用2-5%牛血清蛋白BSA封闭后再次用PBS缓冲液冲洗以得到BSA/aptamer/CuS-TiO2/ITO电极，即为光电化学适配体传感器。
进一步地，所述氨基化的MC-LR适配体使用1×TE buffer稀释得到氨基化的MC-LR适配体溶液；氨基化的MC-LR适配体溶液中氨基化的MC-LR适配体的浓度为2-4 μM。
上述构建方法构建出的光电化学适配体传感器标记为BSA/aptamer/CuS-TiO2/ITO电极，其中aptamer为氨基化的MC-LR适配体。
本发明所述光电化学适配体传感器可应用于特异性检测水中MC-LR。
本发明有益效果：
本发明构建了一种以CuS-TiO2异质结结构为支架的光电化学适配体传感器检测水生环境中的微囊藻毒素LR。首先采用溶胶-凝胶法制备表面光滑的TiO2纳米球，然后使用水热法将CuS纳米颗粒负载于TiO2纳米球的表面，形成CuS-TiO2异质结，有效地增强了TiO2在可见光区的吸收，同时又避免了CuS纳米粒子的自聚集现象。在可见光激发下，CuS-TiO2复合物表现出强的光电流信号。将CuS-TiO2复合物分散于壳聚糖醋酸溶液中修饰在ITO电极上，并采用BS3作为交联剂将氨基化的适配体固定在被修饰的电极上以构建PEC适配体传感器。当存在MC-LR时，光生空穴将适配体传感器捕获的MC-LR快速氧化，这阻碍了光生电子-空穴的复合，进而放大了光电流信号。光电流响应随MC-LR浓度的增大而增加，可定量检测MC-LR。本发明构建的PEC适配体传感器表现出优越的分析性能，克服了以往技术中存在的仪器设备庞大、样品预处理过程繁琐、成本高且耗时长等缺点，且具有较宽的线性范围、较低的检测限以及良好的稳定性。
附图说明
图1为不同材料的场发射扫描电镜SEM图：其中a为锐钛矿TiO2纳米球；b图为CuS纳米粒子；c和d为不同放大倍数下的CuS-TiO2复合物；
图2为不同材料的X-射线粉末衍射XRD图谱：其中a为锐钛矿TiO2纳米球；b为CuS纳米粒子；c为CuS-TiO2复合物；
图3为材料的紫外可见漫反射DRS图谱：其中a为CuS纳米粒子；b为锐钛矿TiO2纳米球；c为CuS-TiO2复合物；
图4为不同材料修饰的电极在光照下的光电流响应：其中a为TiO2/ITO；b为CuS/ITO；c为CuS-TiO2/ITO；d为BSA/aptamer/CuS-TiO2/ITO；e为MC-LR/BSA/aptamer/CuS-TiO2/ITO；
图5为不同材料修饰电极的奈奎斯特EIS图分析：其中a为TiO2/ITO；b为CuS-TiO2/ITO；c为aptamer/CuS-TiO2/ITO；d为BSA/aptamer/CuS-TiO2/ITO；
图6为MC-LR适配体浓度对本发明光电适配体传感器光电流的影响；
图7为测试溶液的pH值对光电适配体传感器光电流的影响；
图8为不同浓度下的MC-LR （从a 到 k依次为: 0, 0.05, 0.25, 1.0, 10, 100,1000, 1.0×104, 5.0×104, 1.0×105, 2.5×105 pM）对光电适配体传感器光电流的影响；
图9为光电流变化与MC-LR浓度对数之间的线性关系；
图10为待测物和不同干扰物分别对适配体传感器的光电流的影响。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是下列实施例仅用于说明本发明，而不应该为限制本发明的范围。所述室温为25±5℃。
下述实施例中，所用到的微囊藻毒素LR购自于MedChemExpress；
氨基化修饰的MC-LR适配体购自于生工生物工程上海股份有限公司。所述氨基化修饰的MC-LR适配体为一种氨基化的DNA(5ʹ-NH2-(CH2)6-GGC GCC AAA CAG GAC CAC CAT GACAAT TAC CCA TAC CAC CTC ATT ATG CCC CAT CTC CGC-3ʹ)，其中DNA碱基序列如SEQ IDNO.1所示。
实施例1：
一种以硫化铜-二氧化钛异质结结构为支架的光电化学适配体传感器的构建方法，其包括如下步骤：
1）硫化铜-二氧化钛（CuS-TiO2）异质结的制备：
TiO2纳米球的制备：首先，将0.4375 g的十六胺完全溶解于50 mL无水乙醇中，然后向其加入0.2 mL（0.1 M）的KCl水溶液和127.5 μL的超纯水，搅拌5 min，随后一次性加入1.08mL的异丙醇钛，温和搅拌40 min得到白色悬浮液，静止18 h后，用无水乙醇洗涤白色沉淀3~4次，然后将其烘干并研磨至粉末状。随后将0.3 g TiO2粉末置于坩埚并将带有TiO2粉末的坩埚在马弗炉中按照5 ℃/min 的升温速率升温至450 ℃，并保持2 h得到锐钛矿TiO2纳米球，备用；
CuS-TiO2复合物的制备：将0.0719 g锐钛矿TiO2纳米球充分分散于36 mL超纯水中形成均匀的悬浮液，然后将1 mL（1 M）的十二烷基硫酸钠加入悬浮液中缓慢搅拌1 h，随后，向其加入145.2 mg的L-半胱氨酸，超声30 min，用0.1 M的HCl调节溶液的pH值为6.5，得到A溶液。
将3 mL（0.1 M）的CuCl2水溶液边搅拌边注射到A溶液中，反应10 min后，在35 ℃下保持30 min，然后通过在0 ℃冰水浴中骤冷使反应迅速停止，接着在冰水浴中超声震荡30 min后，立即将混合物转入到50 mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160 ℃下反应12 h。待反应釜自然冷却至室温后，过滤，将下层墨绿色沉淀分别用超纯水和无水乙醇各离心洗涤3次以除去杂质。所得样品在60 ℃下干燥12 h，并研磨至粉末，记为CuS-TiO2，备用。
本步骤在制备TiO2和CuS-TiO2复合物时，要严格控制超纯水的用量；3 mL（0.1 M）的CuCl2水溶液需要大约20 min滴加完毕；滴加完CuCl2水溶液后TiO2：CuCl2的摩尔比=3:1。
2）修饰电极的制备：
首先，将ITO导电玻璃片依次使用甲苯、丙酮、无水乙醇和超纯水超声清洗20 min除去表面油污，然后在室温下自然晾干，备用；将2 mg 步骤（1）制得CuS-TiO2复合物分散于1 mL0.2%的壳聚糖的醋酸水溶液（0.2%为壳聚糖的醋酸水溶液的质量百分比；其中醋酸水溶液为溶剂，醋酸的体积分数为1%）中，将其置于4 ℃的恒温震荡器中震荡摇晃1 h以获得均匀悬浮液。随后用移液枪移取20 μL CuS-TiO2悬浮液并将其旋涂在洁净的ITO导电玻璃片上（覆盖面积为0.5 cm-2），在室温下自然晾干，记为CuS-TiO2/ITO电极，备用。
3）电化学适配体传感器的构建：
首先将2 mg BS3溶解在0.5 mL、0.02 M pH 7.4的PBS缓冲液中得到B溶液。取20 μL B溶液旋涂在CuS-TiO2/ITO电极上，随后用PBS缓冲液冲洗；将20 μL、2.5 μM氨基化的MC-LR适配体溶液在CuS-TiO2/ITO电极上孵育3 h后，用0.1 M PBS（pH=7.4）的缓冲溶液清洗2min以完全洗去物理吸附的氨基化的MC-LR适配体；接着用10 μL 3%的BSA（BSA为牛血清蛋白，3%为体积分数）将其剩余的活性位点封闭30 min，然后用PBS缓冲液洗掉过量的BSA，以得到BSA/aptamer/CuS-TiO2/ITO电极，即为光电化学适配体传感器，，并将其储存在4 ℃环境中以备用。其中，所述氨基化的MC-LR适配体使用1×TE buffer稀释得到氨基化的MC-LR适配体溶液；氨基化的MC-LR适配体的溶液中氨基化的MC-LR适配体的浓度为2.5 μM。
4）测试前准备：
测试前，分别将20 μL不同浓度的MC-LR在适配体传感器上孵育30 min，然后用PBS缓冲溶液冲洗2 min；随后，将三电极（三电极即被修饰的ITO电极为工作电极，Ag/AgCl （3.0 MKCl）为参比电极，铂丝为辅助电极）置于50 mL pH=7.4 PBS缓冲液（0.1 M，含有0.1 M的KCl）中，采用间歇式可见光激发进行时间-电流曲线扫描测试，以定量测定MC-LR。
对照组
TiO2/ITO电极、CuS/ITO电极以及aptamer/CuS-TiO2/ITO。
所述TiO2/ITO电极制备方法与实施例1中不同之处在于不添加CuCl2水溶液、L-半胱氨酸和十二烷基硫酸钠；所述CuS/ITO电极制备方法与实施例1不同之处在于不添加锐钛矿TiO2纳米球，制备过程得到的是CuS纳米粒子；所述aptamer/CuS-TiO2/ITO电极制备方法与实施例1不同之处在于不添加BSA对电极封闭。
对实施例1和对照组所述电极材料和传感器的性能进行检测：
一、CuS-TiO2复合材料的表征：
1. 使用场发射扫描电镜观察CuS-TiO2复合材料的形貌，检测结果如图1所示。
如图1a所示，可以看出TiO2纳米球分散均匀、表面光滑且大小均一，直径约为360nm；1b为CuS纳米粒子，颗粒大小为70 nm左右，从图中可以看到单独合成的CuS纳米粒子的自聚集现象特别严重，这大大降低了CuS纳米粒子的比表面积和光电活性，阻碍了其在光电化学中的应用。如图1c和1d所示，将CuS负载于光滑的TiO2纳米球表面后，CuS纳米粒子得到了良好的分散，少有团聚，且CuS-TiO2复合物的直径略大于TiO2，充分证明了CuS-TiO2复合物的成功合成。
2. 使用X-射线表征CuS-TiO2复合材料的晶型结构，检测结果如图2所示。
图2为不同材料的X-射线粉末衍射XRD图谱：曲线a中的衍射峰在25.33°, 37.84°,48.01°, 54.26°, 54.75°, 62.68°分别对应于锐钛矿TiO2的（101），（004），（200），(105)，（211），（204）晶面，从图中可以看到衍射峰高而尖锐，并且没有杂质峰出现，表明合成的TiO2晶型较好，纯度较高。曲线b是CuS纳米粒子的XRD图谱，在27.32°, 27.68°, 29.30°,31.77°, 32.85°, 38.92°, 47.95°, 52.82°, 59.37° 处的衍射峰分别归属于CuS的（100），（101），（102），（103），（006），（105），（110），（108）和（116）晶面。在曲线c中，TiO2和CuS的衍射峰都可以明显看到，并且峰位置没有发生大的偏移，这表明了CuS纳米粒子成功负载于TiO2纳米球表面。
3. 利用紫外可见漫反射表征CuS纳米粒子、锐钛矿TiO2纳米球、CuS-TiO2复合物对光的吸收性能，检测结果如图3所示。
图3为不同材料的紫外可见漫反射DRS图谱：曲线a显示窄带隙的CuS纳米粒子在紫外和可见区均具有强吸收。曲线b为锐钛矿TiO2的吸收图谱，明显可以看到TiO2的吸收边缘在388.5 nm处。根据谢尔方程λ= 1240 / Eg（λ为材料的吸收边缘波长，Eg为材料的禁带宽度），可以计算出TiO2的禁带宽度（Eg）约为3.2 eV。当CuS纳米粒子负载于TiO2纳米球上时（曲线c），从图中可以看到CuS-TiO2复合物在可见区的吸收相较于单独的TiO2得到了很大的提高，吸收边缘位于504 nm处，可以计算出其禁带宽度约为2.46 eV。这表明CuS纳米粒子可以提高TiO2在可见光区域的吸收，同时也证明了CuS-TiO2异质结的成功合成。
二、光电流曲线图表征复合材料和光电化学适配体传感器的光电性能：
通过测试TiO2修饰的ITO电极、CuS修饰的ITO电极以及CuS-TiO2异质结修饰的ITO电极在光照下的光电流响应，证实了材料的光电性能和构建PEC适配体传感器检测MC-LR的可行性。如图4所示，曲线a为TiO2修饰的ITO电极，可以看出，在可见光照射下有微弱的光电流产生，这是因为TiO2的宽禁带宽度导致其对可见光的响应较差，不易被激发。如曲线b所示，尽管CuS在可见区有强烈的吸收，但是由于它在合成过程中极易团聚，降低了其光学性能，因而其光电流响应信号较小。相较于CuS，CuS-TiO2异质结（曲线c）表现出较大的光电流响应，这是因为CuS的导带和价带都位于TiO2的之上， CuS能够吸收较低能量的光而产生光电子，光电子从CuS的导带（CB）转移到能量较低的TiO2导带，同时空穴从TiO2的价带（VB）转移到较高的CuS价带，致使光生电子和空穴分别位于TiO2和CuS，因而降低了光生电子-空穴的复合速率，增加了光电流信号。当适配体修饰在CuS-TiO2/ITO（即BSA/aptamer/CuS-TiO2/ITO）电极表面后，光电流明显下降（曲线d），这是由于适配体增加了空间位阻，阻止了电子转移，增大了光生电子-空穴的复合，因而光电流下降。曲线e为适配体传感器捕获100 pM待测物MC-LR（MC-LR/BSA/aptamer/CuS-TiO2/ITO）后的光电流响应。MC-LR的氧化电势为0.2 V，而空穴所在的VB电势为1.6 V（远远高于0.2 V），因此空穴可以迅速将MC-LR氧化，导致更多的空穴与电子的分离。所以，MC-LR的存在可以放大适配体传感器的光电流响应。
三、电化学阻抗（EIS）法监测光电化学适配体传感器的组装过程：
电化学阻抗测试是在含有5 mM K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]的0.1 M KCl溶液中进行的，施加的电压为0.23 V，在其之上叠加的交流电正弦波振幅为5 mV，测定频率从100 KHz到100 mHz。图5为不同材料修饰电极的奈奎斯特EIS图，利用[Fe(CN)6]3-/4-作为氧化还原探针来判断电极表面的电子转移能力，间接反映修饰在ITO电极表面材料电阻的大小。谱图中高频半圆部分代表的是[Fe(CN)6]3-/4-电子转移的速率大小。CuS-TiO2/ITO（曲线b）的阻抗曲线直径小于TiO2/ITO（曲线a），说明CuS加速了[Fe(CN)6]3-/4-的电子转移。aptamer/CuS-TiO2/ITO（曲线c）的半圆直径明显增大，表明适配体被成功地修饰在ITO电极上。曲线d（BSA/aptamer/CuS-TiO2/ITO）表明BSA进一步阻碍了电极表面的电子转移。图5证明了不同组分被成功固定在ITO电极表面。
四、光电化学适配体传感器检测条件的优化:
图6为MC-LR适配体浓度对本发明所得光电适配体传感器光电流的影响。从图6可以看到，当MC-LR浓度一定时，光电流响应随着MC-LR适配体浓度（从0.5 μM到2.5 μM）的增加而增加。当MC-LR适配体浓度为2.5 μM时，光电流达到最大。MC-LR适配体浓度超过2.5 μM时，光电流呈现下降趋势，这是因为适当高浓度的适配体可以捕获更多的MC-LR，从而产生更大的光电流，但过高浓度的适配体将会产生位阻效应，阻碍了电子转移，导致光电流减小。因此，本发明所得传感器的最佳适配体浓度为2.5 μM。
图7为测试溶液的pH值对光电适配体传感器光电流的影响。图7显示光电流响应随测试溶液pH的变化而改变。当pH由5增加到7.4时，光电流响应随之增加。随后，光电流随pH的增加呈现下降趋势，这表明碱性或酸性溶液都可能破坏MC-LR与适配体的结合，甚至会破坏适配体分子的活性。因此，本发明传感器测试的最适宜酸碱度为pH = 7.4。
五、定量检测MC-LR：
在MC-LR适配体浓度2.5 μM、溶液pH 7.4的条件下，对本发明所提出的PEC适配体传感器进行了分析性能。如图8所示，光电流响应随着待测物MC-LR浓度（从a 到 k依次为: 0,0.05, 0.25, 1.0, 10, 100, 1000, 1.0×104, 5.0×104, 1.0×105, 2.5×105 pM）的增加而增加，由此可以得到光电流变化（ΔI = I - I0，I为不同浓度MC-LR对应的光电流，I0为不存在MC-LR时对应的光电流）与MC-LR浓度对数之间的校准曲线（图9）。由图9可知，光电流变化与分析物浓度对数之间有良好的线性关系，线性范围为0.05 pM-2.5×105 pM，相关系数为0.993。在信噪比为3（S/N=3）时，其检测限为0.02 pM。BSA/aptamer/CuS-TiO2/ITO传感器相比于已报道的其他类型传感器（Analytica Chimica Acta 994 (2017) 82-91、Journal of Hazardous Materials 304 (2016) 474–480、Sensors and Actuators B 244(2017) 606–615、Anal. Chem. 2016, 88, 9622−9629、Biosensors and Bioelectronics78 (2016) 381–389、Journal of Hazardous Materials 331 (2017) 309–320、Sensorsand Actuators B 233 (2016) 624–632）表现出更优越的性能，这归因于在CuS-TiO2复合物中，TiO2具有大的比表面积和良好的生物相容性，促进了更多生物分子的负载；而CuS纳米颗粒得到了有效分散，有较好的光电性能；同时复合物的光生电荷得到有效分离，光电信号得到了增强，使得本发明所构建的光电化学适配体传感器表现出较宽的线性范围和较低的检测限。
六、光电化学适配体传感器稳定性、重现性和特异性测定：
稳定性是评估传感器性能的重要参数之一。将构建的PEC适配体传感器置于4 ℃的环境中放置10天后，再次测试其光电流响应，发现光电流保留了初始值的91.8%，证明传感器具有良好的稳定性。
使用实施例1所述方法制备的5个本发明所述传感器测试相同浓度的MC-LR，得到的相对标准偏差为5.3%，表明了本发明所构建的适配体传感器具有较好的重现性，适用于MC-LR的检测分析。
通过适配体传感器与不同干扰物结合前后的光电流变化（ΔI），来判断适配体传感器是否对MC-LR具有特异性。图10显示当干扰物和MC-LR的浓度均为1.0×104 pM时，适配体传感器与它们结合前后的光电流变化。干扰物有：与微囊藻毒素LR结构相似的两种同源物（微囊藻毒素LA（MC-LA），微囊藻毒素YR（MC-YR））以及水中可能存在的污染物（如，草脱净、敌百虫）。结果显示，只有微囊藻毒素LR（MC-LR）结合前后的光电流变化最大，而其他四种干扰物的光电流变化比较小，表明了适配体传感器对微囊藻毒素LR（MC-LR）具有高特异性。
尽管以用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以做出许多其它的更改和修改，因此，这意味着在所述权利要求中包括本发明范围的所有变化和修改均属于本发明保护范围。
SEQUENCE LISTING
<110> 河南大学
<120> 一种以硫化铜-二氧化钛异质结结构为支架的光电化学适配体传感器的构建
方法
<130> none
<160> 1
<170> PatentIn version 3.5
<210> 1
<211> 60
<212> DNA
<213> 人工合成
<400> 1
ggcgccaaac aggaccacca tgacaattac ccataccacc tcattatgcc ccatctccgc 60
Claims (9)
1.一种具有异质结结构的CuS-TiO2/ITO电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）具有异质结结构的CuS-TiO2的制备：
将锐钛矿TiO2纳米球、超纯水、十二烷基硫酸钠、L-半胱氨酸混合，并调节6≤pH≤7，得到A溶液；
将CuCl2水溶液注射到A溶液中，反应5-15 min后，在30-40℃下保持25-35 min，然后置于冰水浴中淬灭反应，并在冰水浴中超声震荡30 min后，转入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160±5 ℃下反应10-15 h后冷却至室温，过滤，并取下层沉淀洗涤、离心后在55-65 ℃下干燥、研磨，得到具有异质结结构的CuS-TiO2；
（2）CuS-TiO2/ITO电极的制备：
将步骤（1）制得CuS-TiO2分散于壳聚糖的醋酸水溶液中，获得CuS-TiO2悬浮液；随后取CuS-TiO2悬浮液旋涂于洁净的ITO基层上，晾干，得到CuS-TiO2/ITO电极。
2.如权利要求1所述具有异质结结构的CuS-TiO2/ITO电极的制备方法，其特征在于，
步骤（1）中锐钛矿TiO2纳米球、超纯水、十二烷基硫酸钠、L-半胱氨酸的混合方式按照以下步骤：将0.05-0.1 g锐钛矿TiO2纳米球分散于30-40 mL超纯水中形成悬浮液，然后将1-3mL、0.5-2 M的十二烷基硫酸钠溶液加入悬浮液中混合1-3 h，随后加入140-150 mg的L-半胱氨酸并超声20-40 min。
3. 如权利要求1所述具有异质结结构的CuS-TiO2/ITO电极的制备方法，其特征在于，步骤（1）中CuCl2水溶液注射到A溶液中的方式按照以下步骤：将1-5 mL、0.05-0.2 M的CuCl2水溶液边搅拌边注射到A溶液中。
4. 如权利要求1所述具有异质结结构的CuS-TiO2/ITO电极的制备方法，其特征在于，步骤（1）中CuCl2水溶液体积和浓度分别为3 mL、0.1 M，CuCl2水溶液滴加时间为20 min；滴加完CuCl2水溶液后TiO2：CuCl2的摩尔比=3:1。
5.使用权利要求1-4任一所述制备方法制备得到的具有异质结结构的CuS-TiO2/ITO电极。
6.以权利要求5所述具有异质结结构的CuS-TiO2/ITO电极作为支架制备光电化学适配体传感器的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先将1-3mg的BS3溶解于PBS缓冲液中得到B溶液；取10-30 μL的B溶液旋涂在CuS-TiO2/ITO电极上，随后用PBS缓冲液冲洗；将10-30 μL氨基化的MC-LR适配体溶液在CuS-TiO2/ITO电极上孵育3 h后，用PBS缓冲液清洗；接着用2-5%牛血清蛋白BSA封闭后再次用PBS缓冲液冲洗以得到BSA/aptamer/CuS-TiO2/ITO电极，即为光电化学适配体传感器。
7. 如权利要求6所述光电化学适配体传感器的构建方法，其特征在于，所述氨基化的MC-LR适配体使用1×TE buffer稀释得到氨基化的MC-LR适配体溶液；氨基化的MC-LR适配体溶液中氨基化的MC-LR适配体的浓度为2-4 μM。
8.使用权利要求6或7所述构建方法制备得到的光电化学适配体传感器，BSA/aptamer/CuS-TiO2/ITO电极。
9.如权利要求8所述光电化学适配体传感器在特异性检测MC-LR中的应用。
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