CN110887883A - 一种基于磁性材料快速检测青霉素钠的电化学方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于磁性材料快速检测青霉素钠的电化学方法,特点是吸附了青霉素酶的磁性微孔碳材料(MHM)通过磁性吸引作用固载到磁性玻碳电极上,其制备方法包括:MHM的制备;MHM对青霉素酶的吸附;工作电极的制备;使用差分脉冲伏安法检测。将工作电极浸入含0.5mg/mL氧化苏木精的不同浓度的青霉素钠待测样品中,根据电流值与青霉素钠浓度的定量关系,确定待测样品中青霉素钠的浓度。本发明的优点在于吸附酶的材料具有磁性,吸附酶后可用磁铁分离,操作简单;与磁性玻碳电极通过吸引作用固载,减少交联剂的干扰;所制备的传感器酶吸附量大、检测范围广、灵敏度高且检测速度快,为青霉素钠的检测提供了一种具有良好发展前景的技术。
Description
技术领域:
本发明涉及一种基于磁性材料快速检测青霉素钠的电化学方法,特别涉及一种基于磁性MHM微球吸附青霉素酶用于检测青霉素钠的电化学传感器的制备。
背景技术:
青霉素钠是一种β-内酰胺类抗生素,因其具有较强的抑菌活性、低毒性和副作用而被广泛应用于治疗牛乳腺炎和预防细菌感染。近年来,为了提高奶牛的生长速度和预防感染性疾病,抗生素被过量使用,经常会导致生物组织中青霉素钠的大量残留,特别是在食品中会对人类造成潜在的危害。抗生素残留可能增加抗生素耐药性和毒理效应的可能性,并给环境带来很多危害。目前,虽然食品中抗生素残留已受到广泛关注,但由于检测方法的不完善,我国畜产品中抗生素残留检测仍存在着诸多问题,因此寻求一种快速精确的检测方法就显得极为重要。
目前,有关青霉素检测的主要方法,包括高效液相色谱(HPLC)、高效液相色谱-质谱(HPLC-MS/MS)、高效液相色谱-紫外光谱(HPLC-UV)、液相色谱-质谱(LC-MS)、酶联免疫吸附试验(ELISA)和微生物法。然而,在实际应用中,这些方法都有其局限性,如方法复杂、成本高、仪器昂贵等限制了其推广。此外,复杂的设备和熟练的人员通常是样品分析必不可少的。与以上的检测分析方法相比本发明制备的传感器具有较大的酶吸附量使其具有高的的灵敏性、准确性和较大的检测范围,且易操作、成本低检测速度快等优点,是一种新型的快速检测技术。
MHM亲和微球作为酶吸附材料具有独特的纳米结构、高比表面积和磁性,在快速提取和富集复杂生物样品中具有很大的潜力。由于其独特的空间结构和高的比表面积使其具有更大的青霉素酶的吸附量,进而增大催化电流,提高检测的灵敏度。此外青霉素酶与MHM吸附后可用磁铁将其从溶液中分离,避免了离心分离操作步骤,同时MHM良好的磁性可以和磁性玻碳电极通过磁性吸引进行固载,避免使用交联剂对电流信号产生的干扰。MHM亲和微球还具有良好的回收性,方便清洗可以重复使用多次。MHM因其具有化学耐久性、独特的磁响应、高的分离效率和操作方便等优点特性,使其在电化学生物传感器的制备中具有良好的应用前景。
苏木精电信号传递载体是一种具有一定的电活性和选择性的天然物质,在碱性溶液中以氧化苏木精的形式存在。青霉素酶与青霉素钠发生水解反应生成青霉噻唑酸,青霉噻唑酸是一种强酸,该酸电离出H+。随着溶液中H+浓度的增加,氧化苏木精发生还原反应,生成苏木精,从而产生变化的电信号进而实现对青霉素钠的快速灵敏检测。
发明内容:
本发明的目的是为了解决现有抗生素检测技术的不足而提供的一种检测速度快、准确性和灵敏度高且易于操作的用于检测青霉素钠的电化学方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种用于检测青霉素钠快速检测的电化学生物传感器,包括对电极、参比电极和工作电极,所述的对电极为铂丝电极,所述的参比电极为饱和甘汞电极,所述的工作电极为固载了青霉素酶/MHM的磁性玻碳电极。
本发明提供的检测青霉素钠的电化学方法,其方法如下所述:
1)MHM微球的制备:首先将三氯化铁(FeCl3·6H2O)0.81g和柠檬酸三钠0.20g溶解在20mL乙二醇中。然后,加入乙酸钠1.20g,剧烈搅拌混合物,形成透明溶液。然后,将溶液转移到50mL高压釜中。将高压釜密封并在200℃下加热并保持8小时,然后将其冷却至室温。将产物用乙醇和去离子水洗涤数次,并在60℃下干燥12小时。通过超声处理将合成的四氧化三铁(Fe3O4)颗粒25mg完全分散在25mL 20mM三羟甲基氨基甲烷(Tris-HCl)(pH=8.0)中30分钟。将50mg盐酸多巴胺(DA)溶解在25mL去离子水中。在室温下连续磁力搅拌下将多巴胺溶液快速注入Fe3O4分散体中8小时。之后,收集产物,使用磁铁分选分离,然后用去离子水洗涤数次。通过将Fe3O4@PDA核-壳微球在氩气中以5℃/min的速率在700℃下碳化1小时来获得磁性介孔空心碳微球。
2)青霉素酶的吸附:准确称取2mg的MHM加入4mL pH=7的PBS缓冲液,超声分散1小时,随后加入2mL 2mg/mL的青霉素酶溶液,在30℃和130rpm转速下反应1小时,用磁铁将材料分离出来,得到的固定化材料在4℃下保存。
3)磁性玻碳电极的打磨:首先在麂皮上分别撒上少量1μm,0.3μm和0.05μm的抛光粉(Al2O3),将磁性玻碳电极先在1μm抛光粉上打磨,用去离子水清洗磁性玻碳电极表面;接着将磁性玻碳电极在0.3μm抛光粉上打磨,用去离子水清洗玻碳电极表面;最后将磁性玻碳电极在0.05μm抛光粉上打磨,用去离子水清洗电极表面;然后将电极移入超声水浴中,依次用蒸馏水,乙醇和蒸馏水清洗2min,室温下晾干。
4)工作电极的制备:制备1mg/mL吸附酶材料,取5μL滴加至清洗好的磁性玻碳电极表面,放置4℃晾干,得到工作电极。
5)青霉素钠的检测:将上一步中制备的固载青霉素酶的磁性玻碳电极浸入含有0.5mg/mL氧化苏木精的不同浓度的青霉素钠溶液利用三电极检测系统检测,检测方法为差分脉冲伏安法,条件为:起始电位0V,最高电位0.5V。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明通过对磁性玻碳电极表面修饰吸附了青霉素酶的磁性微孔碳材料,构建了适用于青霉素钠快速检测的高灵敏生物传感器。该修饰材料能提供高的比表面积、良好的磁性和亲和性,能够快速提取和富集青霉素酶,并提高青霉素酶的吸附量。同时青霉素酶与MHM吸附后可用磁铁将其从溶液中分离,避免了离心分离操作步骤;MHM良好的磁性也可以和磁性玻碳电极通过磁性吸引进行固载,避免使用交联剂对电流信号产生的干扰;MHM亲和微球还具有良好的回收性,方便清洗可以重复使用多次。此外苏木精是一个对pH敏感的氧化还原化合物,具有一定的电活性,适合作为生物催化剂酶的活性引起pH变化的分子探针,当青霉素酶与青霉素钠发生水解反应时,产生的H+可以促使溶液中的氧化苏木精发生还原反应,产生电流信号,从而实现对青霉素钠浓度的定量检测。本发明制备的固载青霉素酶的工作电极能够实现青霉素钠的快速、准确的检测且较之前的传感器检测范围更广,具有无需标记、快速、操作简单方便、准确性高等优点,具有良好的应用前景。
下面结合实例对本发明内容进行描述。
附图说明
图1为制备的MHM微球的扫描电镜图;
图2为制备的MHM微球的透射电镜图;
图3为制备的MHM微球的磁滞回线图;
图4为不同电极在pH=7的PBS缓冲液的循环伏安图;
图5不同电极在pH=7的PBS缓冲液的交流阻抗图谱;
图6为工作电极在不同浓度的青霉素钠下的差分脉冲伏安图;
图7为工作电流和不同浓度的青霉素钠的线性关系图;
图8为传感器的专一性检验图;
具体实施方式
请参阅图1至图8所示:
具体实施例一:
一种用于快速检测青霉素钠的电化学传感器,该电化学传感器为三电极体系,包括对电极、参比电极和工作电极,其中对电极为铂丝电极,参比电极为饱和甘汞电极,工作电极为固载了吸附青霉素酶的MHM微球的磁性玻碳电极。
具体实施例二:检测青霉素钠的电化学传感器制备方法如下:
将三氯化铁(FeCl3·6H2O)0.81g和柠檬酸三钠0.20g溶解在20mL乙二醇中。然后,加入乙酸钠1.20g,剧烈搅拌混合物,形成透明溶液。然后,将溶液转移到50mL高压釜中。将高压釜密封并在200℃下加热并保持8小时,然后将其冷却至室温。将产物用乙醇和去离子水洗涤数次,并在60℃下干燥12小时。通过超声处理将合成的四氧化三铁(Fe3O4)颗粒25mg完全分散在25mL 20mM三羟甲基氨基甲烷(Tris-HCl)(pH=8.0)中30分钟。将50mg盐酸多巴胺(DA)溶解在25mL去离子水中。在室温下连续磁力搅拌下将多巴胺溶液快速注入Fe3O4分散体中8小时。之后,收集产物,使用磁铁分选分离,然后用去离子水洗涤数次。通过将Fe3O4@PDA核-壳微球在氩气中以5℃/min的速率在700℃下碳化1小时来获得磁性介孔空心碳微球。
称取2mg的MHM加入4mL pH=7的PBS缓冲液,超声分散1小时,随后加入2mL 2mg/mL的青霉素酶溶液,在30℃和130rpm转速下反应1h,用磁铁将材料分离出来。
将磁性玻碳电极在麂皮上依次用粒径为1μm,0.3μm和0.05μm的氧化铝粉末反复打磨至镜面,然后分别置于乙醇、去离子水中超声清洗2min,室温下晾干。制备1mg/mL吸附酶材料,取5μL滴加至清洗好的磁性玻碳电极表面,放置4℃晾干,得到工作电极。以铂丝电极作为对电极,银氯化银电极作为参比电极,打磨好的磁性玻碳电极作为工作电极构建三电极结构,利用辰华电化学工作站进行循环伏安测量。
具体实施例三:基于吸附青霉素酶的MHM固载的磁性玻碳电极的电化学传感器对青霉素钠的检测
将制备的固载了青霉素酶的磁性玻碳电极浸入含有0.5mg/mL氧化苏木精的不同浓度的青霉素钠溶液利用三电极检测系统检测,检测方法为差分脉冲伏安法,条件为:起始电位0V,最高电位0.5V。根据电流值的变化与青霉素钠浓度的关系对所测溶液中的青霉素钠进行定量。
具体实施例四:所制备传感器的专一性检测
在含0.5mg/mL氧化苏木精溶液中分别加入相同浓度的其他抗生素,分别为阿莫西林、青霉素钾和头孢氨苄。经对比可知该传感器对青霉素钠的响应电流最高,因而所制备的传感器对检测青霉素钠具有较高的专一性。
Claims (1)
1.一种基于磁性材料快速检测青霉素钠的电化学方法,其特征在于:所述的工作电极采用合成的磁性微孔碳材料(MHM)吸附青霉素酶来修饰磁性玻碳电极表面,具体方法如下所述:
(1)MHM微球的制备:首先将三氯化铁(FeCl3·6H2O)0.81g和柠檬酸三钠0.20g溶解在20mL乙二醇中,然后,加1.20g入乙酸钠,剧烈搅拌混合物,形成透明溶液;之后,将溶液转移到50mL高压釜中,将高压釜密封并在200℃下加热并保持8小时,然后将其冷却至室温;将产物用乙醇和去离子水洗涤数次,并在60℃下干燥12小时;通过超声处理将合成的四氧化三铁(Fe3O4)颗粒25mg完全分散在25mL 20mM三羟甲基氨基甲烷(Tris-HCl)(pH=8.0)中30分钟;将50mg盐酸多巴胺(DA)溶解在25mL去离子水中,在室温下连续磁力搅拌下将多巴胺溶液快速注入Fe3O4分散体中8小时,之后,收集产物,使用磁铁分选分离,然后用去离子水洗涤数次,通过将Fe3O4@PDA核-壳微球在氩气中以5℃/min的速率在700℃下碳化1小时来获得磁性介孔空心碳微球;
(2)青霉素酶的吸附:准确称取2mg的MHM加入4mL pH=7的PBS缓冲液,超声分散1小时,随后加入2mL 2mg/mL的青霉素酶溶液,在30℃和130rpm转速下反应1小时,用磁铁将材料分离出来,得到的固定化材料在4℃下保存;
(3)磁性玻碳电极的打磨:首先在麂皮上分别撒上少量1μm,0.3μm和0.05μm的抛光粉(Al2O3),将磁性玻碳电极先在1μm抛光粉上打磨,用去离子水清洗磁性玻碳电极表面;接着将玻碳电极在0.3μm抛光粉上打磨,用去离子水清洗玻碳电极表面;最后将磁性玻碳电极在0.05μm抛光粉上打磨,用去离子水清洗电极表面;然后将电极移入超声水浴中,依次用蒸馏水,乙醇和蒸馏水清洗2min,室温下晾干;
(4)工作电极的制备:制备1mg/mL吸附酶材料,取5μL滴加至清洗好的磁性玻碳电极表面,放置4℃晾干,得到工作电极;
(5)青霉素钠的检测:将上一步骤中制备的固载青霉素酶的磁性玻碳电极浸入含有0.5mg/mL氧化苏木精的不同浓度的青霉素钠溶液利用三电极检测系统检测,检测方法为差分脉冲伏安法,条件为:起始电位0V,最高电位0.5V。
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