CN110763740B - 基于Fe3O4@MnO2和碳点的电化学和荧光双信号传感器检测过氧化氢的方法 - Google Patents

基于Fe3O4@MnO2和碳点的电化学和荧光双信号传感器检测过氧化氢的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于Fe3O4@MnO2和碳点的电化学和荧光双信号传感器检测过氧化氢的方法。本发明将复合磁性纳米材料Fe3O4@MnO2良好的磁性和电化学性质与荧光纳米材料碳点“off‑on”的荧光特性相结合，构建了一种基于纳米材料的电化学和荧光双信号传感器，并将其应用于H2O2的定性定量检测。该双信号传感器的方法提高了单信号传感器的灵敏度和选择性，可提供准确和多样性的分析结果，而且操作简便、普适性强，可应用于生物样品中H2O2的准确检测。

Description

基于Fe3O4@MnO2和碳点的电化学和荧光双信号传感器检测过 氧化氢的方法
技术领域
本发明属于分析检测技术领域，具体涉及基于Fe3O4@MnO2和碳点的电化学和荧光双信号传感器检测过氧化氢的方法。
背景技术
活性氧物种(ROS)是细胞内一类重要的信号分子，其中，过氧化氢(H2O2)因具有亲脂性，能够轻易地渗透细胞膜而进入其他细胞，这样的特性使其拥有信号分子的功能，是细胞环境中研究ROS的典型代表。H2O2主要调控DNA损伤、蛋白质合成、细胞凋亡等生理功能，此外有研究发现，H2O2也涉及伤口愈合的过程。然而，浓度过高的H2O2可以诱导细胞损伤，引起多种病理后果，包括神经退行性疾病、自身免疫性疾病、癌症等。因此，H2O2的浓度的准确监测在临床、医药、环境和食品等领域都具有重要意义。目前，H2O2的检测方法主要有化学发光法、比色法、电化学法和荧光法等，其中前两种方法具有较大的局限性，如选择性差、灵敏度低及在生物样品中应用困难等。近年来，电化学法和荧光法广泛应用于生物样品中H2O2的检测。
电化学法具有灵敏度高、选择性好、装置简便、分析时间短等特点，在生物样品中的 H2O2浓度的监测中具有较强的优势。在过去十几年中，基于酶构建的电化学传感器就受到大量研究者的关注，但是随着研究的深入，发现其具有不稳定性、复杂的修饰过程和酶生存环境的限制等缺点，这局限了基于酶的电化学传感器的应用前景，但也推动了非酶电化学传感器的发展。近来，基于磁性纳米材料构建的电化学传感器因其较高的稳定性、操作简便、电极易于清洗和再利用等优点被应用于生物样品的检测。其中，复合磁性纳米材料Fe3O4@MnO2因其独特的性质而被研究。四氧化三铁(Fe3O4)是一种应用较广泛的氧化物形式的磁性纳米微粒，其具有超顺磁性和可修饰的表面特性，此外，它与其他纳米材料结合时，所形成的复合纳米材料更加稳定。二氧化锰(MnO2)是一种具有纳米片层结构的纳米微粒，有强的内在类氧化活性，同时具有良好的电化学性能，当它与Fe3O4结合形成复合磁性纳米材料时，可进一步提高自己的电化学性能。因此，Fe3O4@MnO2这种复合纳米材料在室温条件下既有超顺磁性，又有高的电化学性质，且能给二茂铁(Fc)信号分子的固化提供一个稳定平台，有利于电化学检测。然而，缺乏特异靶向性而限制这类传感器在细胞样本分析中的应用。
荧光检测是当今一项重要的分析手段，其检测技术灵敏度高、设计简单、分析快速等，可用于生物样品的检测。目前，在荧光分析中荧光染料或荧光纳米材料已被广泛用作荧光探针、指标或标签，这些用于分析物质的物理和结构参数、确定分子浓度或定位生物分子，其中荧光纳米材料因其简单易得而受到更多研究者的青睐。碳点(CDs)作为一种新型荧光纳米材料，具有较好的耐光漂白，强而稳定的荧光特性，理想的生物相容性，低毒性和较好的水溶性等特点。此外，在荧光猝灭剂的存在下，CDs“off-on”的特性也能应用于很多方面。但是荧光检测技术只能作为半定量测定的方法[19]，不能准确测定样品中H2O2的浓度。
因此，本研究是基于复合磁性纳米材料Fe3O4@MnO2的超顺磁性和高的电化学性质和荧光纳米材料CDs“off-on”的荧光特性，同时结合了电化学传感器和荧光检测的优势而构建的一种能准确快速定性定量分析生物样品中H2O2的双信号检测方法。在构建的电化学传感器中，无目标物H2O2时，Fe3O4@MnO2将Fc吸附富集，通过磁性吸附一起固定到电极表面增强溶液的电化学信号，H2O2存在后，MnO2发生还原反应变为Mn2+，纳米片结构被破坏，Fc被释放，只有少量在电极表面，电化学强度也随之降低，由此可以定量检测 H2O2。在荧光检测中，单独的CDs具有强的荧光性质，但是由于CDs与MnO2之间存在吸附作用[20]，故加入Fe3O4@MnO2后，CDs被吸附在该复合纳米材料上，发生猝灭效应，当有H2O2时，利用MnO2的氧化性，两者发生氧化还原反应，纳米片被分解，荧光恢复[21]。此方法在原先单信号检测的基础上提高了选择性和灵敏度，而且提供准确度高和多样性的分析结果，降低假阳性或者假阴性的分析结果，成功实现对H2O2准确快速的定性定量检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于Fe3O4@MnO2和碳点的电化学和荧光双信号传感器检测过氧化氢的方法，该方法利用复合磁性纳米材料Fe3O4@MnO2具有的良好磁性和电化学性能，使其作为电信号增强剂和荧光猝灭剂，同时与荧光纳米材料CDs的“off-on”特性结合，构建了电化学和荧光相结合的双信号传感器，并将其用于H2O2的定性定量检测。该双信号传感器在测定过程中较单信号传感器有较高的灵敏度和选择性，提供准确度更高和多样性的分析结果，并且操作简便、普适性强。综上所述，本发明构建的双信号传感器对生物样品中H2O2的检测有很大的应用前景，是潜在的高效分析方法。
本发明的目的是通过以下方式实现的：
一种基于Fe3O4@MnO2和碳点的电化学和荧光双信号传感器检测过氧化氢的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
a)Fe3O4@MnO2的合成：在Fe3O4纳米粒中加入KMnO4后，边加入CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)边搅拌使溶液乳化，随后加入MES(2-(N-吗啉)乙磺酸一水合物)缓冲液，反应5-7h，得到棕色不透明液体，磁性分离，得到棕色产物即为Fe3O4@MnO2，水洗，干燥；
b)碳点(CDs)的合成：在水中加入柠檬酸和二乙烯三胺，超声使之混合均匀，将液体倒入水热反应釜中，升温后反应，冷却至室温，真空干燥，得到棕色结晶状固体即为CDs，研磨成粉状；
c)电化学传感器的构建与条件：在室温下，将玻碳电极与1-4mL待测溶液液面接触，同时插入铂电极和参比电极，磁性吸附数分钟后，用差示脉冲伏安法(DPV)测定修饰后的玻碳电极，以此构建电化学传感器来测定目标物H2O2；以Fc的电化学信号Ip与过氧化氢的浓度进行线性拟合，外标法绘制标曲；再重复步骤c)进行样品浓度测定；其中，待测液含0.1M KCl、1mM Fc、11μg/mL Fe3O4@MnO2、4μg/mL CDs和在2-10000μM范围的目标物H2O2；
d)荧光检测方法：将含有4μg/mL CDs、11μg/mL Fe3O4@MnO2和5-150μM范围的目标物H2O2的500μL待测溶液，反应10～30min，用荧光分光光度计测定体系的荧光强度，计算相对荧光强度值[(F-F0)/F0]，其中F0为相同条件下，加入同体积不含H2O2的溶液而得到对应的空白溶液的荧光强度值。以(F1-F0)/F0的荧光恢复比值与过氧化氢的浓度进行线性拟合，外标法绘制标准曲线，再重复d)步骤进行样品浓度的测定。
步骤“a)”中，Fe3O4纳米粒与KMnO4的摩尔比为1:0.5～1:2。MES(0.1M,pH 6)缓冲液的加入量是1-2mL；
步骤“b)”中反应液中柠檬酸、二乙烯三胺和水的比例关系为1g：350μL：10mL。
步骤“b)”中的反应时间为3～6h。
步骤“b)”中反应温度为150～250℃。
步骤“c)”中待测溶液中Fe3O4@MnO2纳米粒的质量浓度为5.5～22μg/mL。
步骤“c)”中磁性吸附的时间为3～10min。
步骤“d)”中反应时间为10～30min。
H2O2是细胞内活性氧物种中一种重要的物质，调控多种生理过程。但细胞中过载的H2O2会引发严重的疾病，因此H2O2浓度的准确监测就显得尤为重要。本发明方法依次包含Fe3O4@MnO2的合成、碳点(CDs)的制备、过氧化氢的电化学检测和过氧化氢的荧光检测。本发明方法操作简便、价格低廉、普适性强、响应灵敏、抗干扰能力强、稳定性和重现性良好，可实现生物样本中过氧化氢的高效、灵敏和快速检测，对临床相关疾病的诊疗有重要意义。因此，本发明制备的基于Fe3O4@MnO2和碳点的电化学和荧光双信号传感器特别适用于生物样本中过氧化氢的高灵敏度高选择性的检测。
与现有技术比较本发明的有益效果：
1.本发明构建的电化学与荧光的双信号传感器，两种方法互补协同，较单信号响应能更准确的检测样品并且提供多样性的分析结果，应用范围更广。
2.Fe3O4@MnO2能吸附富集Fc，且该复合磁性材料较MnO2有更好的电化学性能，有利于电化学传感器的构建。
3.Fe3O4@MnO2有良好的磁性，其可以通过磁性吸附到电极表面，免除电极表面繁杂的修饰过程，使电极易于清洁和再利用。
4.CDs有较好的耐光漂白、水溶性、低毒性和强而稳定的荧光特性，利用MnO2与CDs之间的吸附作用，将CDs吸附到Fe3O4@MnO2上，能产生协同作用，其一能使CDs的荧光猝灭，其二可增强电化学传感器的灵敏度。
5.本传感器制备简便快速，绿色环保无毒，成本低，检测过程简便快速，普适性强，可完成对生物样本中过氧化氢的高通量检测，具有很大的应用前景，是潜在的高效分析方法。
附图说明
图1为本发明基于Fe3O4@MnO2和碳点的电化学和荧光双信号传感器检测过氧化氢的流程示意图。
图2A为本发明加入目标物前(a)后(b)Fe3O4@MnO2的X射线光电子能谱(XPS)图：在曲线a，各个特征峰的出现证实了Fe3O4@MnO2的成功合成。
图2B为本发明加入目标物前(a)后(b)Mn的X射线光电子能谱(XPS)图：加入目标物后，Mn2p3/2的结合能从641.98eV变为640.98eV，变小了1.00eV，这是因为Mn的价态降低而导致的化学位移，且加入H2O2后得到的Mn2p3/2的结合能符合640.6-641.7eV这个区间，也证明了MnO2还原为了Mn2+，初步验证了H2O2的还原性及本实验的可行性。
图2C为溶液中加入H2O2前后所测得的电化学信号强度变化。
图2D为荧光传感器原理图(a,CDs；b,CDs+Fe3O4@MnO2；c,CDs+Fe3O4@MnO2+H2O2)：曲线a中CDs溶液的荧光强度最大，其次为加入H2O2的CDs和Fe3O4@MnO2混合溶液，荧光强度最低的为含CDs和Fe3O4@MnO2的溶液，荧光恢复为46.86％，这证明了H2O2的加入使MnO2发生还原反应，其片层结构被破坏，吸附作用不存在，CDs重新游离在体系中，以致荧光恢复，验证了本实验中Fe3O4@MnO2作为荧光猝灭剂的作用及CDs的荧光特性。
图2E为碳点的荧光发射光谱和Fe3O4@MnO2的紫外吸收光谱：Fe3O4@MnO2溶液的紫外吸收光谱在434nm处左右有紫外吸收，这与CDs的荧光发射光谱吻合，证明其猝灭的原理可能为内滤效应。
图2F为时光分辨荧光衰减曲线图(a,CDs；b,CDs+Fe3O4@MnO2)。加入Fe3O4@MnO2后其荧光寿命曲线没有出现明显的变化，进一步佐证其猝灭原理为内滤效应。
图3A为加入不同浓度过氧化氢(5-150μmol·L-1)后，传感体系的荧光强度变化；内插图为荧光恢复(F-F0)/F0比率与lg(C)线性关系曲线。
图3B为加入不同浓度过氧化氢(2-10000μmol·L-1)后，传感体系的荧光强度变化；内插图为Fc的电化学信号Ip与lg(C)线性关系曲线。图3B为选择性实验结果图。
图4为用双信号传感器检测分别测定空白样品、加入PMA和加入TEMPO中MCF-7 细胞释放的H2O2的浓度。由结果可知，未经处理的MCF-7细胞分泌的H2O2浓度较低，加入增强细胞分泌能力的PMA后，通过电化学信号的降低和荧光信号的恢复计算得到H2O2的浓度明显升高。同时，在此基础上加入抗氧化剂TEMPO，根据测定结果计算得到的H2O2浓度明显降低，证实了TEMPO的抗氧化作用。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明做进一步解释说明：
药品和试剂：30％过氧化氢(30％H2O2，分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，柠檬酸(C6H8O7·H2O，分析纯，合肥工业大学化学试剂厂)，二乙烯三胺(C4H13N3，上海凌峰化学试剂有限公司)，六水合三氯化铁(FeCl3·6H2O，分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，四水合氯化亚铁(FeCl2·4H2O，分析纯，阿拉丁试剂中国有限公司)，氨水(NH4·H2O，国药集团化学试剂有限公司)，高锰酸钾(KMnO4，上海凌峰化学试剂有限公司)，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB，分析纯，成都市科龙化工试剂厂)，吗啉乙磺酸一水合物(MES，阿拉丁试剂中国有限公司)，铁氰化钾(K3[Fe(CN)6]，上海新宝精细化工厂)，氯化钾(KCl，分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，二茂铁(Fc，阿拉丁试剂中国有限公司)，甲醇 (CH3OH，江苏汉邦科技有限公司)，实验用水均为超纯水。
实施例1
a)Fe3O4@MnO2的合成：在50μL0.42M Fe3O4溶液分散于14mL水中，加入3mgKMnO4超声使之混匀，边加入CTAB边搅拌使溶液乳化，随后加入1.5mLMES缓冲液，反应6h，得到棕色不透明液体，磁性分离得到棕色产物即为Fe3O4@MnO2，水洗3遍，干燥后备用。
b)碳点(CDs)的合成：在10mL水中加入1g柠檬酸和350μL二乙烯三胺，超声使之混合均匀，将液体倒入水热反应釜中，升温至200℃，反应5h后冷却至室温，真空干燥，得到棕色结晶状固体即为CDs，用研钵研磨成粉状备用。
c)电化学传感器的构建与条件：在室温下，将玻碳电极与2mL待测溶液(含0.1MKCl、 1mMFc、11μg/mL Fe3O4@MnO2溶液、4μg/mL CDs溶液和不同浓度(2,5,10,25,50,100,500, 1000,10000μM)的目标物H2O2液面接触，同时插入铂电极和参比电极，磁性吸附3min后，用差示脉冲伏安法(DPV)测定修饰后的玻碳电极，以此构建电化学传感器来测定目标物H2O2，以Fc的电化学信号Ip与过氧化氢的浓度进行线性拟合，外标法绘制标曲。再重复步骤c)进行样品浓度测定。
d)荧光检测方法：将含有4μg/mL CDs溶液、11μg/mL Fe3O4@MnO2溶液和不同浓度(5, 10,15,20,25,30,50,100,150μM)目标物H2O2)的500μL待测溶液，反应30min后用荧光分光光度计测定体系的荧光强度，计算相对荧光强度值[(F-F0)/F0]，其中F0为相同条件下，加入同体积不含H2O2的溶液而得到对应的空白溶液的荧光强度值。以(F1-F0)/F0的荧光恢复比值与过氧化氢的浓度进行线性拟合，外标法绘制标准曲线，再重复d)步骤进行样品浓度的测定。附图结果是基于实施例1方法进行后得到。
实施例2
a)Fe3O4@MnO2的合成：在50μL0.42M Fe3O4溶液分散于14mL水中，加入4mg KMnO4超声使之混匀，边加入CTAB边搅拌使溶液乳化，随后加入2mLMES缓冲液，反应7h，得到棕色不透明液体，磁性分离得到棕色产物即为Fe3O4@MnO2，水洗3遍，干燥后备用。
b)碳点(CDs)的合成：在10mL水中加入1g柠檬酸和350μL二乙烯三胺，超声使之混合均匀，将液体倒入水热反应釜中，升温至220℃，反应6h后冷却至室温，真空干燥，得到棕色结晶状固体即为CDs，用研钵研磨成粉状备用。
c)电化学传感器的构建与条件：在室温下，将玻碳电极与2mL待测溶液(含0.1MKCl、1mMFc、16.5μg/mL Fe3O4@MnO2溶液、4μg/mL CDs溶液和不同浓度(2,5,10,25,50,100,500, 1000,10000μM)的目标物H2O2)液面接触，同时插入铂电极和参比电极，磁性吸附3min后，用差示脉冲伏安法(DPV)测定修饰后的玻碳电极，以此构建电化学传感器来测定目标物H2O2。以Fc的电化学信号Ip与过氧化氢的浓度进行线性拟合，外标法绘制标曲。再重复步骤c)进行样品浓度测定。
d)荧光检测方法：将含有4μg/mL CDs溶液、11μg/mL Fe3O4@MnO2溶液和不同浓度(5, 10,15,20,25,30,50,100,150μM)目标物H2O2的500μL待测溶液，反应25min后用荧光分光光度计测定体系的荧光强度，计算相对荧光强度值[(F-F0)/F0]，其中F0为相同条件下，加入同体积不含H2O2的溶液而得到对应的空白溶液的荧光强度值。以(F1-F0)/F0的荧光恢复比值与过氧化氢的浓度进行线性拟合，外标法绘制标准曲线。再重复d)步骤进行样品浓度的测定。
实施例3
a)Fe3O4@MnO2的合成：在50μL0.42M Fe3O4溶液分散于14mL水中，加入5mgKMnO4超声使之混匀，边加入CTAB边搅拌使溶液乳化，随后加入2mLMES缓冲液，反应6h，得到棕色不透明液体，磁性分离得到棕色产物即为Fe3O4@MnO2，水洗3遍，干燥后备用。
b)碳点(CDs)的合成：在10mL水中加入1g柠檬酸和350μL二乙烯三胺，超声使之混合均匀，将液体倒入水热反应釜中，升温至200℃，反应4h后冷却至室温，真空干燥，得到棕色结晶状固体即为CDs，用研钵研磨成粉状备用。
c)电化学传感器的构建与条件：在室温下，将玻碳电极与2mL待测溶液(含0.1MKCl、 1mMFc、5.5μg/mL Fe3O4@MnO2溶液、4μg/mL CDs溶液和不同浓度(2,5,10,25,50,100,500, 1000,10000μM)的目标物H2O2)液面接触，同时插入铂电极和参比电极，磁性吸附5min后，用差示脉冲伏安法(DPV)测定修饰后的玻碳电极，以此构建电化学传感器来测定目标物H2O2。以Fc的电化学信号Ip与过氧化氢的浓度进行线性拟合，外标法绘制标曲。再重复步骤c)进行样品浓度测定。
d)荧光检测方法：将含有4μg/mL CDs溶液、11μg/mL Fe3O4@MnO2溶液和不同浓度(5, 10,15,20,25,30,50,100,150μM)目标物H2O2的500μL待测溶液，反应20min后用荧光分光光度计测定体系的荧光强度，计算相对荧光强度值[(F-F0)/F0]，其中F0为相同条件下，加入同体积不含H2O2的溶液而得到对应的空白溶液的荧光强度值。以(F1-F0)/F0的荧光恢复比值与过氧化氢的浓度进行线性拟合，外标法绘制标准曲线。再重复d)步骤进行样品浓度的测定。
实施例4
a)Fe3O4@MnO2的合成：在50μL0.42M Fe3O4溶液分散于14mL水中，加入5mgKMnO4超声使之混匀，边加入CTAB边搅拌使溶液乳化，随后加入1mLMES缓冲液，反应6h，得到棕色不透明液体，磁性分离得到棕色产物即为Fe3O4@MnO2，水洗3遍，干燥后备用。
b)碳点(CDs)的合成：在10mL水中加入1g柠檬酸和350μL二乙烯三胺，超声使之混合均匀，将液体倒入水热反应釜中，升温至250℃，反应4h后冷却至室温，真空干燥，得到棕色结晶状固体即为CDs，用研钵研磨成粉状备用。
c)电化学传感器的构建与条件：在室温下，将玻碳电极与2mL待测溶液(含0.1MKCl、 1mMFc、11μg/mL Fe3O4@MnO2溶液、4μg/mL CDs溶液和不同浓度(2,5,10,25,50,100,500, 1000,10000μM)的目标物H2O2)液面接触，同时插入铂电极和参比电极，磁性吸附5min后，用差示脉冲伏安法(DPV)测定修饰后的玻碳电极，以此构建电化学传感器来测定目标物H2O2。以Fc的电化学信号Ip与过氧化氢的浓度进行线性拟合，外标法绘制标曲。再重复步骤c)进行样品浓度测定。
d)荧光检测方法：将含有4μg/mL CDs溶液、11μg/mL Fe3O4@MnO2溶液和不同浓度(5, 10,15,20,25,30,50,100,150μM)目标物H2O2的500μL待测溶液，反应20min后用荧光分光光度计测定体系的荧光强度，计算相对荧光强度值[(F-F0)/F0]，其中F0为相同条件下，加入同体积不含H2O2的溶液而得到对应的空白溶液的荧光强度值。以(F1-F0)/F0的荧光恢复比值与过氧化氢的浓度进行线性拟合，外标法绘制标准曲线。再重复d)步骤进行样品浓度的测定。
样品测试试验例：
人类乳腺癌MCF-7细胞培养在含有10％胎牛血清(FBS)的RPMI-1640培养液中，放置于含5％CO2的37℃的细胞培养箱中。取传代后培养24h后的MCF-7细胞，去除培养液，加入2mL待测溶液(含0.1M KCl、1mM Fc、11μg/mLFe3O4@MnO2和4μg/mL CDs溶液)，用电化学法检测其电信号响应。然后取其上清液，用荧光法检测其相对荧光强度。根据标准曲线计算细胞释放的H2O2的浓度。采用相同的方法测定1μg/mL的佛波酯(PMA)及100 μM的2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基(TEMPO)处理过的细胞释放的H2O2的浓度。

Claims (6)

1.一种基于Fe3O4@MnO2和碳点的电化学和荧光双信号传感器检测过氧化氢的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
a)Fe3O4@MnO2的合成：在Fe3O4纳米粒中加入KMnO4，边加入CTAB边搅拌使溶液乳化，随后加入MES缓冲液，反应5-7h，得到棕色不透明液体，磁性分离，得到棕色产物即为Fe3O4@MnO2，水洗，干燥；
b)碳点的合成：在水中加入柠檬酸和二乙烯三胺，超声使之混合均匀，将液体倒入水热反应釜中，升温后反应，冷却至室温，真空干燥，得到棕色结晶状固体即为CDs，研磨成粉状；
c)电化学传感器的构建与条件：在室温下，将玻碳电极与1-4mL待测溶液液面接触，同时插入铂电极和参比电极，磁性吸附数分钟后，用差示脉冲伏安法测定修饰后的玻碳电极，构建电化学传感器；以Fc的电化学信号Ip与过氧化氢的浓度进行线性拟合，外标法绘制标曲；再重复步骤c)进行样品浓度测定；其中，待测液含0.1M KCl、1mM Fc、11μg/mL Fe3O4@MnO2、4μg/mL CDs和在2-10000μM范围的目标物H2O2；
d)荧光检测方法：将含有4μg/mL CDs、11μg/mL Fe3O4@MnO2和5-150μM范围的目标物H2O2的500μL待测溶液，反应10～30min，用荧光分光光度计测定体系的荧光强度，计算相对荧光强度值[(F-F0)/F0]，以(F1-F0)/F0的荧光恢复比值与过氧化氢的浓度进行线性拟合，外标法绘制标准曲线，再重复d)步骤进行样品浓度的测定；其中，F0为相同条件下，加入同体积不含H2O2的溶液而得到对应的空白溶液的荧光强度值。
2.根据权利要求1所述的基于Fe3O4@MnO2和碳点的电化学和荧光双信号传感器检测过氧化氢的方法，其特征在于步骤“a)”中，Fe3O4纳米粒与KMnO4的摩尔比为1:0.5～1:2。
3.根据权利要求1所述的基于Fe3O4@MnO2和碳点的电化学和荧光双信号传感器检测过氧化氢的方法，其特征在于步骤“b)”中反应液中柠檬酸、二乙烯三胺和水的比例关系为1g：350μL：10mL。
4.根据权利要求1所述的基于Fe3O4@MnO2和碳点的电化学和荧光双信号传感器检测过氧化氢的方法，步骤“b)”中的反应温度为150～250℃，反应时间为3～6h。
5.根据权利要求1所述的基于Fe3O4@MnO2和碳点的电化学和荧光双信号传感器检测过氧化氢的方法，其特征在于步骤“c)”中磁性吸附的时间为3～10min。
6.根据权利要求1所述的基于Fe3O4@MnO2和碳点的电化学和荧光双信号传感器检测过氧化氢的方法，其特征在于步骤“c)”中待测溶液中Fe3O4@MnO2纳米粒的质量浓度为5.5～22μg/mL。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111380846A (zh) * 2020-03-17 2020-07-07 中国药科大学 一种用于黄嘌呤检测的便携式荧光纸芯片
CN111394092B (zh) * 2020-03-30 2023-06-20 西南大学 三聚氰酸-碳点复合纳米磷光探针的制备方法和应用
CN113203788B (zh) * 2021-05-21 2023-04-07 江苏大学 一种果蔬中啶虫脒双模态快速检测方法
CN113655105B (zh) * 2021-08-30 2023-05-26 赣南医学院 一种电化学生物传感器的制备方法及其在大肠杆菌检测中的应用
CN114858898B (zh) * 2022-05-23 2023-04-18 山西大学 荧光/电化学双信号模式生物传感器及其构建方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107121418A (zh) * 2017-05-04 2017-09-01 武汉理工大学 具有双检测功能的碳点/壳聚糖检测器及其制备方法
CN107505294A (zh) * 2017-07-20 2017-12-22 南京医科大学 基于碳点及磁性Fe3O4@PPY的荧光适体传感器检测腺苷的方法
CN109856101A (zh) * 2019-03-27 2019-06-07 青岛大学 一种可同时用作比率荧光和比率电化学传感的纳米杂化物的制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7462496B2 (en) * 2003-09-08 2008-12-09 American Environmental System, Inc. Plasmon-enhanced marking of fragile materials and other applications thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107121418A (zh) * 2017-05-04 2017-09-01 武汉理工大学 具有双检测功能的碳点/壳聚糖检测器及其制备方法
CN107505294A (zh) * 2017-07-20 2017-12-22 南京医科大学 基于碳点及磁性Fe3O4@PPY的荧光适体传感器检测腺苷的方法
CN109856101A (zh) * 2019-03-27 2019-06-07 青岛大学 一种可同时用作比率荧光和比率电化学传感的纳米杂化物的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Dual-modal Colorimetric and Fluorometric Method for Glucose Detection Using MnO2 Sheets and Carbon Quantum Dots;WANG Chengke et al;《Chem. Res. Chinese Universities》;20190823;第35卷;767-774 *
一种二茂铁与联萘酚修饰环三唑的合成及其对Zn2＋双信号识别;王智成 等;《有机化学》;20150825;第35卷;2383-2388 *

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