CN110618177A - 一种链霉素电化学-光电化学双方法比率适配体传感器的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物传感检测技术领域,涉及一种链霉素电化学‑光电化学双方法比率传感器的制备及应用。具体为首次提出一种基于电化学和光电化学两种方法的新型比率适配体传感器用于链霉素的特异性检测。本发明中,链霉素存在时,亚甲基蓝标记的链霉素适配体(简写为MB‑Apt)可与其特异性结合并引起MB‑Apt构象的变化使得MB‑Apt脱离电极表面,进一步引起光电化学信号及电化学信号的双重变化。构建的传感器对链霉素的线性响应范围为3.0×10‑8‑1.0×10‑4mol/L,检出限为1.0×10‑8mol/L。本发明的电化学‑光电化学双方法比率适配体传感器选择性好且灵敏度高,结合两种方法获得更高的准确度,为测定实际样品中链霉素提供了一种新型的传感平台。
Description
技术领域
本发明属于生物传感检测技术领域,涉及一种链霉素电化学-光电化学双方法比率适配体传感器的制备方法及应用,具体涉及一种基于碲化镉量子点(CdTe QDs)和亚甲基蓝(MB)的链霉素电化学-光电化学双方法比率传感器的制备方法及应用。
背景技术
链霉素(STR)是一种氨基糖苷类抗生素,广泛应用于动植物病害防治、养蜂业、水产等各个领域。由于其杀菌效果好,价格低廉,因此,其用药频繁、超量用药等滥用问题日益突出,造成药物残留在农作物、水体和土壤中。长期摄入含有链霉素残留的瓜果、蔬菜、农产品等会直接或间接威胁人、畜健康,造成人类过敏反应、听力减退、头昏、耳鸣、肠道内菌群失调和腹泻等疾病,此外,研究还表明农用链霉素具有潜在致畸作用。因此,对链霉素的检测很有必要。目前,检测链霉素的方法主要有高效液相色谱-质谱法(HPLC-MS),气相色谱-质谱法(GC-MS),电化学法(EC),光电化学法(PEC)等。其中,HPLC-MS,GC-MS等分析方法准确、有效,但存在预处理繁琐、仪器昂贵等问题。EC,PEC等分析方法虽然精准度有待提高,但由于操作简单、灵敏度高等优点引起广泛关注。每种方法都各有优缺点,因此,发展灵敏、快捷及准确的链霉素检测方法是非常重要的。
近年来,针对一种目标物通常采用单一检测方法。每种方法都有优点及不足,如果将两种检测方法联用,则可实现优势互补,提高分析性能。采用两种检测方法同时对目标物进行分析,可得到双信号输出,更精准检测目标物,适用于残留检测分析。目前已有双检测方法有:电化学-紫外双检测、电化学-荧光双检测、电化学发光-荧光双检测、电化学-电化学发光双检测。而电化学-光电化学双检测方法还未见报道。
发明内容
本发明旨在耦合电化学法和光电化学法传感技术,构筑一种基于CdTe QDs和MB的链霉素双方法比率适配体传感器。具体涉及基于CdTe QDs和MB的链霉素双方法比率适配体传感器的制备及应用。
一种链霉素电化学-光电化学双方法比率适配体传感器的制备方法,包括如下步骤:
(1)CdTe QDs的制备
首先,称取0.04487g硼氢化钠和0.0638g碲粉,加入4mL超纯水,通氮气除氧15min,得到淡紫色溶液,在0℃冰水浴中搅拌8h,得到碲氢化钠前驱体。然后,将0.1142g CdCl2·2.5H2O和75μL巯基丙酸,分别加入50mL超纯水中,在通氮气条件下搅拌15min。用1mol/L的NaOH溶液调节溶液pH至8.5。然后,快速倒入2mLNaHTe前躯体溶液。继续搅拌10min后,将混合物转移到三颈烧瓶中,100℃回流获得发射光谱在近红外的CdTe QDs。最后,将制备的量子点溶液与乙醇以1:1比例混合后,静置5min,离心、洗涤,再次分散在超纯水中备用。
将上述得到的CdTe QDs溶液进行紫外-可见光谱表征,稀释制备CdTe QDs水溶液,避光放置于4℃冰箱中备用。
(2)氧化铟锡玻璃电极的预处理:将氧化铟锡玻璃电极在1mol/L NaOH溶液中煮沸10-20min,依次在无水乙醇和超纯水中超声后在空气中干燥,其中,氧化铟锡玻璃电极的直径为6毫米(d=6mm ITO)。
(3)将5-15μL5-10μmol/L的CdTe QDs的水溶液修饰到步骤(2)制备的氧化铟锡玻璃电极表面,并在空气中干燥。此时,产品标记为CdTe/ITO。
(4)在步骤(3)制备的电极上滴加2-10μL 0.1-0.5wt.%pH 4.5-5.5的壳聚糖溶液,室温下晾干后形成膜,以防修饰材料脱落电极表面。
(5)5-10μL 1.0-3.0μmol/L的亚甲基蓝标记的链霉素适配体(MB-Apt)在步骤(4)修饰好的电极上4℃下作用12-18h,通过静电吸附作用固定在电极表面。此时,得到的传感器标记为MB-Apt/CdTe/ITO。
(6)将步骤(5)制得的传感器MB-Apt/CdTe/ITO分别修饰10μL不同浓度链霉素STR溶液中,室温下绑定时间为20-80min,之后用PBS(pH=7.0-8.0)对传感器进行清洗,得到链霉素的电化学-光电化学双方法比率适配体传感器。
步骤(6)中,链霉素STR溶液的浓度为1.0×10-10-1.0×10-2mol/L。
将本发明制备的链霉素电化学-光电化学双方法比率适配体传感器,用于检测链霉素中的用途。
将本发明制得的传感器作为工作电极,饱和Ag/AgCl电极为参比电极,铂丝电极为对电极,由CHI 660E电化学工作站记录电化学信号,PLS-SXM 300/300UV氙灯和CHI 660E电化学工作站检测和记录光电化学信号。在0.1M PBS(pH=6.0-8.5)缓冲溶液中进行测试。外加偏置电压范围0.0-0.5V。利用微分脉冲伏安法和电流-时间曲线法检测工作电极相应的电化学峰信号和光电化学峰信号,以光电化学峰信号比上电化学峰信号为纵坐标,对应链霉素浓度的log取值为横坐标,建立相应的标准曲线用于实际样品中链霉素浓度的检测。
本发明的有益效果:
(1)本发明首次提出电化学-光电化学双方法检测,使得传感器兼具电化学方法灵敏度高和光电化学方法背景噪音小的优点。
(2)对双方法检测的数据结果进行比率处理,可更精准检测目标物。
(3)引入链霉素适配体作为特异性识别元件,可提高链霉素适配体传感器的选择性,降低了与链霉素STR有类似结构试剂的干扰,实现对水体中链霉素STR的特异性分析。
(4)本发明构建的双方法比率适配体传感器用于链霉素STR的检测,灵敏度高、选择性好、稳定性好,线性范围宽,为3.0×10-8-1.0×10-4mol/L。
附图说明
图1是双方法比率适配体传感器制备工艺过程图。
图2(A)CdTe QDs的透射电子显微镜(TEM)表征;(B)CdTe QDs的紫外-可见光谱(UV-vis)和荧光(FL)表征。
图3(A)电化学信号和光电化学信号的比值与不同浓度链霉素STR对数与之间构建的线性关系;(B)不同浓度链霉素STR对数所对应的电化学和光电化学信号链霉素STR浓度:a-f的浓度依次为3.0×10-8,3.0×10-7,1.0×10-6,3.0×10-6,1.0×10-5和1.0×10-4mol/L。
图4(A)双方法比率适配体传感器的选择性能,图中干扰物质为环丙沙星,卡那霉素和庆大霉素;(B)双方法比率适配体传感器不同电极间的稳定性。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐明本发明。
实施例1
按照图1所述的制备工艺:
(1)CdTe QDs的制备
首先,称取0.04487g硼氢化钠和0.0638g碲粉,加入4mL超纯水,通氮气除氧15min,得到淡紫色溶液,在0℃冰水浴中搅拌8h,得到碲氢化钠前驱体。然后,将0.1142g CdCl2·2.5H2O和75μL巯基丙酸,分别加入50mL超纯水中,在通氮气条件下搅拌15min。用1mol/L的NaOH溶液调节溶液pH至8.5。然后,快速倒入2mLNaHTe前躯体溶液。继续搅拌10min后,将混合物转移到三颈烧瓶中,100℃回流获得发射光谱在近红外的CdTe QDs。最后,将制备的量子点溶液与乙醇以1:1比例混合后,静置5min,离心、洗涤,再次分散在超纯水中备用。
将上述得到的CdTe QDs溶液进行紫外-可见光谱表征,稀释制备CdTe QDs水溶液,避光放置于4℃冰箱中备用。
(2)将氧化铟锡玻璃电极(d=6mm ITO)在1mol/L NaOH溶液中煮沸10min,依次在无水乙醇和超纯水中超声后在空气中干燥。
(3)将5μL 5μmol/L CdTe QDs的水溶液修饰到步骤(2)制备的氧化铟锡玻璃电极表面,并在空气中干燥。此时,产品标记为CdTe/ITO。
(4)在步骤(3)制备的电极上滴加5μL 0.2wt.%pH 4.5的壳聚糖溶液,室温下晾干后形成膜,以防修饰材料脱落电极表面。
(5)5μL 1.0μmol/L亚甲基蓝标记的链霉素适配体(MB-Apt)在步骤(4)修饰好的电极上4℃下作用12-18h,通过静电吸附作用固定在电极表面。此时,得到的传感器标记为MB-Apt/CdTe/ITO。
(6)将步骤(5)制得的传感器分别修饰10μL不同浓度链霉素STR溶液中,室温下绑定时间为30min,之后用PBS(pH=7.0)对电极进行清洗,得到链霉素的电化学-光电化学双方法比率适配体传感器。
制得的传感器作为工作电极,饱和Ag/AgCl电极为参比电极,铂丝电极为对电极,由CHI 660E电化学工作站记录电化学信号,PLS-SXM 300/300UV氙灯和CHI 660E电化学工作站检测和记录光电化学信号。在0.1M PBS(pH=6.0-8.5)缓冲溶液中进行测试。外加偏置电压范围0.0-0.5V。利用微分脉冲伏安法和电流-时间曲线法检测工作电极相应的电化学峰信号和光电化学峰信号,以光电化学峰信号比上电化学峰信号为纵坐标,对应链霉素浓度的log取值为横坐标,建立相应的标准曲线用于实际样品中链霉素浓度的检测。
实施例2
(1)CdTe QDs的制备
首先,称取0.04487g硼氢化钠和0.0638g碲粉,加入4mL超纯水,通氮气除氧15min,得到淡紫色溶液,在0℃冰水浴中搅拌8h,得到碲氢化钠前驱体。然后,将0.1142g CdCl2·2.5H2O和75μL巯基丙酸(MPA),分别加入50mL超纯水中,在通氮气条件下搅拌15min。用1mol/L的NaOH溶液调节溶液pH至8.5。然后,快速倒入2mL NaHTe前躯体溶液。继续搅拌10min后,将混合物转移到三颈烧瓶中,100℃回流获得发射光谱在近红外的CdTe QDs。最后,将制备的量子点溶液与乙醇以1:1比例混合后,静置5min,离心、洗涤,再次分散在超纯水中备用。
将上述得到的CdTe QDs溶液进行紫外-可见光谱表征,稀释制备CdTe QDs水溶液,避光放置于4℃冰箱中备用。
(2)将氧化铟锡玻璃电极(d=6mm ITO)在1mol/L NaOH溶液中煮沸15min,依次在无水乙醇和超纯水中超声后在空气中干燥。
(3)将10μL 10μmol/L CdTe QDs的水溶液修饰到步骤(2)制备的氧化铟锡玻璃电极表面,并在空气中干燥。此时,产品标记为CdTe/ITO。
(4)在步骤(3)制备的电极上滴加5μL0.5wt.%pH 5.0的壳聚糖溶液,室温下晾干后形成膜,以防修饰材料脱落电极表面。
(5)10μL 1.5μmol/L亚甲基蓝标记的链霉素适配体(MB-Apt)在步骤(4)修饰好的电极上4℃下作用12-18h,通过静电吸附作用固定在电极表面。此时,得到的传感器标记为MB-Apt/CdTe/ITO。
(6)将步骤(5)制得的传感器分别修饰10μL不同浓度链霉素STR溶液中,室温下绑定时间为60min,之后用PBS(pH=7.4)对电极进行清洗,得到链霉素的电化学-光电化学双方法比率适配体传感器。
制得的传感器作为工作电极,饱和Ag/AgCl电极为参比电极,铂丝电极为对电极,由CHI 660E电化学工作站记录电化学信号,PLS-SXM 300/300UV氙灯和CHI 660E电化学工作站检测和记录光电化学信号。在0.1M PBS(pH=6.0-8.5)缓冲溶液中进行测试。外加偏置电压范围0.0-0.5V。利用微分脉冲伏安法和电流-时间曲线法检测工作电极相应的电化学峰信号和光电化学峰信号,以光电化学峰信号比上电化学峰信号为纵坐标,对应链霉素浓度的log取值为横坐标,建立相应的标准曲线用于实际样品中链霉素浓度的检测。
实施例3
(1)CdTe QDs的制备
首先,称取0.04487g硼氢化钠和0.0638g碲粉,加入4mL超纯水,通氮气除氧15min,得到淡紫色溶液,在0℃冰水浴中搅拌8h,得到碲氢化钠前驱体。然后,将0.1142g CdCl2·2.5H2O和75μL巯基丙酸,分别加入50mL超纯水中,在通氮气条件下搅拌15min。用1mol/L的NaOH溶液调节溶液pH至8.5。然后,快速倒入2mLNaHTe前躯体溶液。继续搅拌10min后,将混合物转移到三颈烧瓶中,100℃回流获得发射光谱在近红外的CdTe QDs。最后,将制备的量子点溶液与乙醇以1:1比例混合后,静置5min,离心、洗涤,再次分散在超纯水中备用。
将上述得到的CdTe QDs溶液进行紫外-可见光谱表征,稀释制备CdTe QDs水溶液,避光放置于4℃冰箱中备用。
(2)将氧化铟锡玻璃电极(d=6mm ITO)在1mol/L NaOH溶液中煮沸20min,依次在无水乙醇和超纯水中超声后在空气中干燥。
(3)将15μL 8μmol/L CdTe QDs的水溶液修饰到步骤(2)制备的氧化铟锡玻璃电极表面,并在空气中干燥。此时,产品标记为CdTe/ITO。
(4)在步骤(3)制备的电极上滴加8μL 0.3wt.%pH 5.0的壳聚糖溶液,室温下晾干后形成膜,以防修饰材料脱落电极表面。
(5)10μL 2.0μmol/L亚甲基蓝标记的链霉素适配体(MB-Apt)在步骤(4)修饰好的电极上4℃下作用12-18h,通过静电吸附作用固定在电极表面。此时,得到的传感器标记为MB-Apt/CdTe/ITO。
(6)将步骤(5)制得的传感器分别修饰10μL不同浓度链霉素STR溶液中,室温下绑定时间为80min,之后用PBS(pH=7.0)对电极进行清洗,得到链霉素的电化学-光电化学双方法比率适配体传感器。
制得的传感器作为工作电极,饱和Ag/AgCl电极为参比电极,铂丝电极为对电极,由CHI 660E电化学工作站记录电化学信号,PLS-SXM 300/300UV氙灯和CHI 660E电化学工作站检测和记录光电化学信号。在0.1M PBS(pH=6.0-8.5)缓冲溶液中进行测试。外加偏置电压范围0.0-0.5V。利用微分脉冲伏安法和电流-时间曲线法检测工作电极相应的电化学峰信号和光电化学峰信号,以光电化学峰信号比上电化学峰信号为纵坐标,对应链霉素浓度的log取值为横坐标,建立相应的标准曲线用于实际样品中链霉素浓度的检测。
图2(A)中,可以看出,CdTe QDs呈现球形形貌,且均匀分布,证明CdTe QDs合成成功。
图2(B)中,可以看出,CdTe QDs的UV-vis图谱中,在599nm和682nm处分别出现CdTeQDs的最大紫外吸收峰和荧光发射峰,进一步证明CdTe QDs的成功制备。
从图3(A)中,可以看出,电化学信号与光电化学信号的比值(IPEC/EC)与链霉素STR浓度的对数值(logC)绘制的标准曲线为IPEC/EC=6.24+0.76logC(R2=0.9991),线性范围为3.0×10-8–1.0×10-4mol/L,检测限为1.0×10-8mol/L。
从图3(B)中,可以看出,随着链霉素STR浓度的增加(a-f的浓度依次为3.0×10-8,3.0×10-7,1.0×10-6,3.0×10-6,1.0×10-5和1.0×10-4mol/L),电化学信号逐渐降低,光电信号逐渐恢复,这应归因于链霉素STR与其适配体的特异性结合。
从图4(A)中,可以看出,与链霉素STR具有类似结构的干扰物质(环丙沙星,卡那霉素和庆大霉素)引起的比率改变值可以忽略不计,证明该传感器具有优异的选择性。
从图4(B)中,可以看出,六个电极对链霉素STR的双方法比率检测结果基本一致,六个电极测定结果的相对标准偏差仅为1.40%,证明该传感器具有较好的重现性。
Claims (8)
1.一种链霉素电化学-光电化学双方法比率适配体传感器的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)制备CdTe QDs水溶液,备用;
(2)将氧化铟锡玻璃电极(ITO)经预处理后,备用;
(3)将步骤(1)制备的CdTe QDs水溶液修饰到步骤(2)预处理后的氧化铟锡玻璃电极表面,并在空气中干燥,此时,产品标记为CdTe/ITO;
(4)在步骤(3)制备的电极CdTe/ITO上滴加修饰壳聚糖溶液,室温下晾干后形成膜;
(5)在一定温度下,将亚甲基蓝标记的链霉素适配体MB-Apt在步骤(4)修饰好的电极上作用12-18h,通过静电吸附作用固定在电极表面,此时,得到的传感器标记为MB-Apt/CdTe/ITO;
(6)将步骤(5)制得的传感器MB-Apt/CdTe/ITO分别修饰不同浓度链霉素STR溶液中,室温下绑定时间为20-80min,之后用PBS对传感器进行清洗,得到链霉素的电化学-光电化学双方法比率适配体传感器。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,制备CdTe QDs水溶液的步骤为:
首先,称取0.04487g硼氢化钠和0.0638g碲粉,加入4mL超纯水,通氮气除氧15min,得到淡紫色溶液,在0℃冰水浴中搅拌8h,得到碲氢化钠前驱体;
然后,将0.1142g CdCl2·2.5H2O和75μL巯基丙酸,分别加入50mL超纯水中,在通氮气条件下搅拌15min,用1mol/L的NaOH溶液调节溶液pH至8.5,然后,快速倒入2mL NaHTe前躯体溶液,继续搅拌10min后,将混合物转移到三颈烧瓶中,100℃回流获得发射光谱在近红外的CdTe QDs;
最后,将制备的量子点溶液与乙醇以1:1比例混合后,静置5min,离心、洗涤,再次分散在超纯水中备用;将得到的CdTe QDs溶液进行紫外-可见光谱表征,稀释制备CdTe QDs水溶液,避光放置于4℃冰箱中备用。
3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,氧化铟锡玻璃电极的预处理步骤为:将氧化铟锡玻璃电极在1mol/L NaOH溶液中煮沸10-20min,依次在无水乙醇和超纯水中超声后在空气中干燥,其中,氧化铟锡玻璃电极的d=6mm ITO。
4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,CdTe QDs水溶液的浓度为5-10μmol/L,修饰量为5-15μL。
5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(4)中,壳聚糖溶液的浓度为0.1-0.5wt.%,修饰量为2-10μL,pH为4.5-5.5。
6.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(5)中,亚甲基蓝标记的链霉素适配体的浓度为1.0-3.0μmol/L,用量为5-10μL;作用的温度为4℃。
7.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(6)中,链霉素STR溶液的修饰量为10μL,浓度为1.0×10-10-1.0×10-2mol/L;PBS的pH为7.0-8.0。
8.将权利要求1~7任一项所述的制备方法制得的链霉素电化学-光电化学双方法比率适配体传感器用于检测链霉素中的用途。
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