CN113295741A - 用于同时检测多种有机类污染物的光电致变色可视化传感器的构建方法 - Google Patents
用于同时检测多种有机类污染物的光电致变色可视化传感器的构建方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于光电化学传感器技术领域，公开了一种用于同时检测多种有机类污染物的光电致变色可视化传感器的构建方法，提供了通过电致变色的氧化还原特点实现目视检测的光电致变色可视化传感器的构建方法，实验结果利用普鲁士蓝变色的RGB值作为直接读出策略，步骤如下：步骤1、制备光催化材料二氧化钛复合三位氮化碳TiO2/3D‑g‑C3N4；步骤2、构建检测检测多种有机污染物的光电致变色可视化传感器。本发明构建的光电致变色可视化传感器无需外加电源，检测装置自身为其检测过程供能，并采用电致变色材料变色的RGB值作为直接读出策略，易于微型化和便携化，实现现场检测。
Description
技术领域
本发明属于光电化学生物传感器构建领域，涉及一种具有高检测效率，简单便携的新型高通量检测光电致变色可视化生物传感的方法。
背景技术
工业高度发达不仅仅给人们的生活带来了便利，同时也带来更多的负面影响。由于人们对此预防不到位，从而导致了全球性的三大危机：资源短缺、环境污染以及生态破坏。这其中的环境污染最为明显，环境污染是指自然的或人为的破坏，向环境中添加某种物质而超过环境的自净能力而产生危害的行为。或者是由于人为的因素，环境受到有害物质的污染，使生物的生长繁殖和人类的正常生活受到有害影响。当然还有由于人为因素使环境的构成或状态发生变化，环境素质下降，从而扰乱和破坏了生态系统和人类的正常生产和生活条件的现象。所以说在环境中有毒有害的物质往往不是单一存在的，只要环境条件适合下，各种霉菌，毒素或者农药能够稳定存在自然环境下，当生物摄入含有多种有害物质的环境物后可能会产生毒性叠加效果，这就可能会导致毒性的放大。与单组份检测方法相比，多组分同时检测在分析时间和成本上都具有更大的优势。因此，发展多种检测物同时检测技术用以提高监测环境污染的效率是十分有必要的。
众所周知，PEC反映的是光电活性材料在光照下的电化学行为。基于该原理，人们将待测物与PEC活性物质之间的物理、化学相互作用产生的光电响应变化的关系结合起来以对待测物浓度进行定量，此即为光电化学分析。由于这种分析方法是一种基于传统电化学的分析技术，灵敏度高、设备简单；以光用作激发信号，电信号作为检测信号；背景信号低，有较低检出限；在生物领域有非常大的潜力等诸多优势，吸引了越来越多的研究人员的关注。
比色法(colorimetry)通常是比较/测量有色物质或有色物质溶液颜色深度以对待测组分进行定性、定量的方法，且其具有诸如操作简单、肉眼可见和不需要昂贵或复杂的仪器等优势，已被广泛应用于环境污染监控、食品安全监测、生化分析以及疾病诊断等领域。随着纳米科技的不断发展，纳米材料因其优异的光学性质、良好的生物相容性、高的催化活性和易于表面功能化等优点，已经广泛应用于比色传感器的构建领域。这极大提高了比色传感检测的灵敏度和稳定性，为比色传感器的发展注入了新的活力。比色法的变色原理可有如下分类：染料分子构象变化；天然酶或模拟酶的酶促反应；金纳米粒子的聚集；电致变色反应等。其中电致变色则是由于电致变色材料在外加电场作用下通过得失电子发生氧化还原反应，从而引起了材料颜色的变化。其在电致变色显示、电致变色智能窗、汽车自动防眩目后视镜和电致变色眼镜、护目镜等方面得到了普遍应用。
众所周知，在农业生产中被污染的水资源中一般存在多种污染物。然而，传统的检测方法，包括薄层色谱法(TLC)、酶联免疫法(ELISA)以及液相色谱串联质谱法，一方面成本高，处理时间长，并且需要一定的操作技术和复杂的设备要求，另一方面，这类检测方法无法实现同时检测，这就无法提高污染监测的效率。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明旨在发明一种集操作简单、灵敏度高、选择性好、抗干扰能力强等优点为一体的基于电致变色原理的光电致变色可视化生物传感器应用于赭曲霉毒素，林可霉素以及农药克瘟散的同时检测。
本发明中的用于同时检测多种有机类污染物的光电致变色可视化传感器的构建方法，包括如下步骤：
步骤1、制备TiO2/3D-g-C3N4纳米复合材料：
制备TiO2/3D-g-C3N4复合材料，称取三聚氰胺，三聚氰酸以及二氧化钛放入100ml的烧杯中，向其中加入100ml的超纯水超声置于室温下搅拌一段时间；随后用离心机离心一段时间，接着将离心得到的前驱体在烘箱中过滤干燥，最后研磨所干燥的前驱体放入坩埚中，在马弗炉下煅烧后，获得了颜色为淡黄色的TiO2/3D-g-C3N4复合材料。
步骤2、电极的设计：
在一整块ITO上激光刻蚀出三块互不影响的平行检测区，区域分别命名为a，b，c，区域a再分为区域A1和区域B1；区域b再分为区域A2和区域B2；区域c再分为区域A3和区域B3；然后在刻蚀后将ITO先用丙酮和超纯水超声洗涤，目的是除去ITO表面的有机污染物及一些粘附的杂质。接着，将干燥后的ITO电极浸泡在乙醇/氢氧化钠溶液中一段时间，目的是对ITO表面进行活化；最后再把ITO电极用超纯水冲洗一遍，并在氮气流下干燥。
步骤3、普鲁士蓝(PB)/ITO电极的制备：
称取KCl和K3Fe(CN)6倒入烧杯中，向烧杯中加入去离子水搅拌使其完全溶解，得到溶液A；再在另一个烧杯中加入称取FeCl3，并且加入去离子水和浓HCl，搅拌至混合均匀，得到溶液B；将溶液A与溶液B进行混合搅拌并加水，得到PB溶液；
采用循环伏安法在在步骤2所设计的电极上的电致变色部分区域B1、区域B2和区域B3电沉积普鲁士蓝，用饱和甘汞电极，铂丝电极和工作电极构建三电极体系，电沉积结束后用纯水缓慢冲洗电极，后干燥一夜以备用。
步骤4、构建光电致变色可视化传感器：
首先将步骤1中得到的TiO2/3D-g-C3N4分散于乙醇中，得到TiO2/3D-g-C3N4分散液；
接着将TiO2/3D-g-C3N4分散液移取滴涂于电极三块平行检测区域a,b以及c的导电区域A1，区域A2，区域A3，置于红外灯下烘干，得到TiO2/3D-g-C3N4/PB/ITO电极；
待烘干后于区域A1，区域A2和区域A3均修饰了TiO2/3D-g-C3N4纳米复合材料的表面使用壳聚糖处理，同样进行静置烘干；
同样待其烘干，在平行检测区a的区域A1再修饰赭曲霉毒素A适配体溶液，在平行检测区b的区域A2再修饰林可霉素适配体溶液，在平行检测区c的区域A3再修饰有机磷农药适配体溶液，适配体溶液孵育一段时间；
用磷酸缓冲溶液冲洗电极数次，然后用牛血清白蛋白封闭未结合的活性位点，静置电极一段时间；
用磷酸缓冲溶液冲洗电极数次，最终可以得到基于比色法原理的光电致变色可视化生物传感器。
步骤1中，所述溶液中，三聚氰胺，三聚氰酸，二氧化钛，超纯水的用量为2～3g；2～3g；0.2～1.5g；100mL；
所述搅拌时间为10～12h；离心转速为6000～9000rad/s，时间5～15min；干燥温度和时间分别为40～80℃和10～14h；马弗炉下煅烧温度和时间分别为400～450℃和2～5h；
优选地，步骤1中，所述干燥温度为60℃，反应时间为12h；马弗炉下煅烧温度和时间分别为430℃和4h。
步骤2中，电极面积为4x2.5cm；所用刻蚀仪器为激光刻蚀仪，刻蚀所用功率是50％，刻蚀速度为1000mm/s；
丙酮和超纯水的使用量都为20～30ml，乙醇/氢氧化钠溶液摩尔量为1mol/L，使用量为20～30ml。
步骤3中，所述溶液中，KCl，K3Fe(CN)6，FeCl3，HCl，超纯水的用量比例为0.1～0.5g：0.02～0.10g：0.02～0.06g：0.02～0.06mL：20～120mL；
电沉积参数设置为低压0.4v，高压0.8v，扫描速率100mv/s,扫描次数25次；
步骤4中、所述TiO2/3D-g-C3N4溶液的浓度为2mg/mL，壳聚糖的浓度为0.5wt％，赭曲霉毒素A适配体溶液，林可霉素适配体溶液以及有机磷农药适配体溶液的浓度均为2μmol/L，牛血清白蛋白的浓度为1％。
所述TiO2/3D-g-C3N4溶液、壳聚糖、赭曲霉毒素A适配体溶液，林可霉素适配体溶液、有机磷农药适配体溶液的浓度和牛血清白蛋白的用量比例为20μL：10μL：10μL：10μL：10μL：10μL。
所述磷酸缓冲溶液为磷酸二氢钠和磷酸氢二钠的缓冲溶液，浓度为0.1mol/L，pH为7.4。
所用赭曲霉毒素A适配体的序列：5'-GAT CGG GTG TGG GTG GCG TAA AGG GAGCAT CGG ACA-3'，林可霉素适配体的序列为：5′-CGCG TGAT GTGG TCGA TGCG ATAC GGTGAGTC GCGC CACG GCTA CACA CGTC TCAG CGA-3′，有机磷农药克瘟散适配体的序列为：5'-C6-CGT ACG-GAA TTC GCT AGC TAA GGG ATT CCT GTA GAA GGA GCA GTC TGG ATC C-GAGCT CCG-3'。
将本发明制备的光电致变色可视化传感器用于同时检测多种有机类污染物的用途，本发明主要以赭曲霉毒素，林可霉素以及克瘟散作为实际检测示例，具体步骤为：
(1)将光电致变色可视化传感器浸没入含有不同检测物的标准溶液中，标准液使用pH＝7.4的0.1mol PBS作为溶液进行配置；
(2)LED光源垂直照射电极的光电极区域，观察收集变色区域的RGB值；将RGB值与检测物浓度的对数值做标准曲线；
(3)将未知有机污染物浓度的水样采用如上方法收集变色区域的RGB值，并代入标准曲线中，得出水样中的有机污染物浓度。
步骤(1)中，检测标准液有三种，具体为赭曲霉毒素，林可霉素以及克瘟散，浓度范围分别是1ng/mL到100ng/mL，1×10-11mol/L到1×10-4mol/L以及1ng/L到100ng/L，溶液量为10～30mL，标准液使用0.1mol PBS作为溶液配置；LED光源的电流强度为1.2～3.4A。
步骤(3)中，水样量为10～30mL。
本发明的有益效果：
本发明制备TiO2/3D-g-C3N4作为光活性材料，成功建立了光电致变色可视化传感器，实现对多种有机污染物的同时检测，其特色和优点表述如下：
(1)本发明制备TiO2/3D-g-C3N4作为光活性材料，具有优秀的光电性能，能够有效的为电致变色提供足够的变色电压。避免了传统光电化学传感器只能检测一种目标物，并不能实现多目标物的检测的缺点。利用电致变色材料的变色特性，颜色信号不会互相干扰实现对多目标检测物的浓度同时观察。
(2)本发明所提出的光电致变色可视化传感器实现了对赭曲霉毒素，林可霉素以及克瘟散的同时可视化检测，分别在1ng/mL到100ng/mL，1×10-11mol/L到1×10-4mol/L，1ng/L到100ng/L的浓度区间内，检测物浓度的对数值(lg[C检测物])与所设计传感器的变色区域变色RGB值呈现良好的线性关系，检出限分别为0.33ng/mL，3.3×10-12mol/L和0.33ng/L(S/N＝3)。
(3)本发明构建的光电致变色可视化传感器不需要外加电源，传感器设计构造了一块变色区域通过其电致变色特点作为信号读取区域，目的是替代电化学工作站采集数据，便于携带，同时所使用光照条件为模仿太阳光照射的LED灯照射，保证其可以在室外操作，从而达到便携即时检测的效果。
附图说明
图1为构建的光电致变色传感器高通量检测不同检测物机理图；
图2(A)g-C3N4，(B)3D-g-C3N4和(C)TiO2/3D-g-C3N4的SEM图像。TiO2/3D-g-C3N4的C，N，Ti(D)，C(E)，N(F)和Ti(G)的元素映射图像(EMI)；
图3为TiO2/3D-g-C3N4纳米复合物的X射线衍射图谱；
图4为(A)传感器特异性检测图、(B)赭曲霉毒素浓度与普鲁士蓝变色后RGB值线性关系图、(C)林可霉素浓度与普鲁士蓝变色后RGB值线性关系图以及(D)克瘟散与普鲁士蓝变色后RGB值线性关系图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明进行详细描述，但本发明不局限于这些实施例。
图1为构建的光电致变色可视化传感器用于高通量检测污染物的机理图。
实施例一：
(1)制备TiO2/3D-g-C3N4纳米复合材料：
制备TiO2/3D-g-C3N4复合材料，称取1.3g的三聚氰胺，1.3g的三聚氰酸以及0.4g的二氧化钛放入100ml的烧杯中，向其中加入100ml的超纯水超声置于室温下搅拌一段时间，目的是通过三聚氰胺和氰尿酸在水中产生的三重氢键使TiO2/g-C3N4前驱体自组装。随后用离心机离心一段时间，接着将离心得到的前驱体在烘箱中过滤干燥。最后研磨所干燥的前驱体放入坩埚中，在马弗炉下煅烧后，获得了颜色为淡黄色的TiO2/3D-g-C3N4复合材料。
图2是实施例1所获得的TiO2/3D-g-C3N4异质结结构的形貌扫描电镜图以及Mapping图。如图2A所示，经典的煅烧三聚氰胺的办法合成的氮化碳的结构呈现出一种块状夹杂膜状结构，而本工作所合成的3D-g-C3N4(图2B)结构与其对比，可以明显观察到3D-g-C3N4是一种三维的管状结构，管体的孔径在10～150nm之间。图2C的SEM图是TiO2与3D-g-C3N4复合后的复合材料结构图，可以发现随着TiO2的加入，3D-g-C3N4的三维管状结构被破坏，二氧化钛明显附着3D-g-C3N4的管壁上，复合材料整体表现出良好的交联多孔的三维结构。图D至图G所示的是复合的TiO2/3D-g-C3N4观察到的Mapping图，Mapping图显示了样品中存在C，N和Ti的元素分布图。这其中C,N分布广泛以及Ti元素的零散分布，表明了复合材料是以3D-g-C3N4为基板，二氧化钛作附着在3D-g-C3N4表面，与SEM图观察一致。整体形貌来看，TiO2/3D-g-C3N4扩大的比表面积和孔隙体积能够有效提供更多的表面反应位点和快速的转移通道，由此提高光催化活性。
图3是所制备的TiO2/3D-g-C3N4的XRD图，在图中我们可以观察到材料的衍射峰相对尖锐，这可以表明所制备的材料的结晶性相对较高。XRD图谱在2θ为25.2°(101)，37.8°(004)，62.7°(204)出现了与锐钛矿型的TiO2(JCPDS No.21-1272)相吻合的衍射峰，在27.4°(002)出现的特征衍射峰则代表石墨类材料在(002)面的层间结构堆积，这与g-C3N4(JCPDS：87-1526)相吻合，除此之外，并且XRD图上杂峰相对较少这表明合成的TiO2/3D-g-C3N4纯度较高。
(2)电极的设计：
首先在一整块ITO上激光刻蚀制作出互不影响的三个平行检测区，区域分别命名为a，b，c，区域a再分为区域A1和区域B1；区域b再分为区域A2和区域B2；区域c再分为区域A3和区域B3；六块工作区域的氧化铟锡电极。将刻蚀后的ITO用丙酮和超纯水超声洗涤，干燥，乙醇/氢氧化钠溶液中浸泡后，超纯水冲洗，氮气流下干燥；
(3)制备普鲁士蓝(PB)/ITO电极
称取0.3g KCl和0.08g K3Fe(CN)6倒入烧杯中，向烧杯中加入去离子水搅拌使其完全溶解。再在另一个烧杯中加入称取0.04g FeCl3，并且加入去离子水和两滴浓HCl，搅拌至混合均匀。将两个烧杯中的溶液倒入另一个烧杯中，搅拌并加水。采用循环伏安法在工作电极上的电致变色部分区域B1、区域B2和区域B3电沉积普鲁士蓝，用饱和甘汞电极，铂丝电极和工作电极构建三电极体系，电沉积参数设置为低压0.4v，高压0.8v，扫描速率100mv/s,扫描次数25次。电沉积结束后用纯水缓慢冲洗电极，后干燥一夜以备用。
(4)构建光电致变色可视化传感器
首先将步骤1中得到的TiO2/3D-g-C3N4分散于乙醇中，得到TiO2/3D-g-C3N4分散液；
接着将0.2mg/L TiO2/3D-g-C3N4分散液移取滴涂于电极三块平行检测区域a,b以及c的导电区域A1，区域A2，区域A3，置于红外灯下烘干，得到TiO2/3D-g-C3N4/PB/ITO电极；
待自然风干后于区域A1，区域A2和区域A3均修饰了TiO2/3D-g-C3N4纳米复合材料的表面使用壳聚糖处理，同样进行静置烘干。
在平行检测区a的区域A1再修饰赭曲霉毒素A适配体溶液，在平行检测区b的区域A2再修饰林可霉素适配体溶液，在平行检测区c的区域A3再修饰有机磷农药适配体溶液，适配体溶液孵育一段时间后用磷酸缓冲溶液冲洗数次，然后用牛血清白蛋白封闭未结合的活性位点，再用磷酸缓冲溶液冲洗数次，得到基于比色法原理的光电致变色可视化生物传感器。
图1是传感器的构建机理图。
(5)光电致变色可视化传感器同时检测多种有机污染物：
基于调整后的最优检测条件，成功制备了光电致变色可视化传感器用于赭曲霉毒素(OTA)，林可霉素(LIN)以及克瘟散(EDI)这三种有机类污染物的高通量检测。为保证检测时三种有机物不会互相干扰变色效果，先对所设计的电极进行选择性检测，检测时选用四批电极，分别加入100ng/mL的赭曲霉毒素，1×10-5mol/L的林可霉素，100mg/L的克瘟散以及1000mg/L的微囊藻毒素，在LED灯光光照对比普鲁士蓝变色程度，拍照读取其RGB值。对本工作所设计的光电致变色可视化传感器的高通量检测的可行性进行验证。将电极置入所配好的不同浓度的检测液中，检测液分别是OTA，LIN和EDI。随着三种检测物浓度的加大，普鲁士的变色更加明显，这是由于检测物与适配体结合后脱落的加多，导致了传感器的PEC响应增强。
检测结果如图4：
如图4A所示，我们可以发现本工作所设计的电极当检测单一污染物时，它只有与污染物相对应的通道上区域B的普鲁士蓝发生变色现象。并且当检测的污染物在传感器上并没有相对应的检测通道时，三个通道的区域B都未发生变色现象，这就表明了本工作所设计的高通量光电致变色可视化传感器不仅仅具有选择性检测的能力，并且在检测的同时能够避免其他通道所对应的污染物对其检测结果的影响。
如图4B,C,D所示，三类检测物分别在1ng/mL到100ng/mL(R2＝0.981)，1×10- 11mol/L到1×10-4mol/L(R2＝0.978)，1ng/L到100ng/L(R2＝0.976)呈现良好的线性曲线，OTA，LIN以及EDI检出限分别为0.33ng/mL，3.3×10-12mol/L和0.33ng/L(S/N＝3)。
实施例二：
(1)制备TiO2/3D-g-C3N4纳米复合材料：
制备TiO2/3D-g-C3N4复合材料，称取0.8g的三聚氰胺，0.8g的三聚氰酸以及0.4g的二氧化钛放入100ml的烧杯中，向其中加入100ml的超纯水超声置于室温下搅拌一段时间，目的是通过三聚氰胺和氰尿酸在水中产生的三重氢键使TiO2/g-C3N4前驱体自组装。随后用离心机离心一段时间，接着将离心得到的前驱体在烘箱中过滤干燥。最后研磨所干燥的前驱体放入坩埚中，在马弗炉下煅烧后，获得了颜色为淡黄色的TiO2/3D-g-C3N4复合材料。
图2是实施例1所获得的TiO2/3D-g-C3N4异质结结构的形貌扫描电镜图以及Mapping图。如图2A所示，经典的煅烧三聚氰胺的办法合成的氮化碳的结构呈现出一种块状夹杂膜状结构，而本工作所合成的3D-g-C3N4(图2B)结构与其对比，可以明显观察到3D-g-C3N4是一种三维的管状结构，管体的孔径在10～150nm之间。图2C的SEM图是TiO2与3D-g-C3N4复合后的复合材料结构图，可以发现随着TiO2的加入，3D-g-C3N4的三维管状结构被破坏，二氧化钛明显附着3D-g-C3N4的管壁上，复合材料整体表现出良好的交联多孔的三维结构。图D至图G所示的是复合的TiO2/3D-g-C3N4观察到的Mapping图，Mapping图显示了样品中存在C，N和Ti的元素分布图。这其中C,N分布广泛以及Ti元素的零散分布，表明了复合材料是以3D-g-C3N4为基板，二氧化钛作附着在3D-g-C3N4表面，与SEM图观察一致。整体形貌来看，TiO2/3D-g-C3N4扩大的比表面积和孔隙体积能够有效提供更多的表面反应位点和快速的转移通道，由此提高光催化活性。
图3是所制备的TiO2/3D-g-C3N4的XRD图，在图中我们可以观察到材料的衍射峰相对尖锐，这可以表明所制备的材料的结晶性相对较高。XRD图谱在2θ为25.2°(101)，37.8°(004)，62.7°(204)出现了与锐钛矿型的TiO2(JCPDS No.21-1272)相吻合的衍射峰，在27.4°(002)出现的特征衍射峰则代表石墨类材料在(002)面的层间结构堆积，这与g-C3N4(JCPDS：87-1526)相吻合，除此之外，并且XRD图上杂峰相对较少这表明合成的TiO2/3D-g-C3N4纯度较高。
(2)电极的设计：
首先在一整块ITO上激光刻蚀制作出互不影响的具有三个平行检测区，区域分别命名为a，b，c，区域a再分为区域A1和区域B1；区域b再分为区域A2和区域B2；区域c再分为区域A3和区域B3；六块工作区域的氧化铟锡电极，将刻蚀后的ITO用丙酮和超纯水超声洗涤，干燥，乙醇/氢氧化钠溶液中浸泡后，超纯水冲洗，氮气流下干燥；
(3)制备普鲁士蓝(PB)/ITO电极
称取0.3g KCl和0.08g K3Fe(CN)6倒入烧杯中，向烧杯中加入去离子水搅拌使其完全溶解。再在另一个烧杯中加入称取0.04g FeCl3，并且加入去离子水和两滴浓HCl，搅拌至混合均匀。将两个烧杯中的溶液倒入另一个烧杯中，搅拌并加水。采用循环伏安法在工作电极上的电致变色部分区域B1、区域B2和区域B3电沉积普鲁士蓝，用饱和甘汞电极，铂丝电极和工作电极构建三电极体系，电沉积参数设置为低压0.4v，高压0.8v，扫描速率100mv/s,扫描次数25次。电沉积结束后用纯水缓慢冲洗电极，后干燥一夜以备用。
(4)构建光电致变色可视化传感器
首先将步骤1中得到的TiO2/3D-g-C3N4分散于乙醇中，得到0.2mg/L TiO2/3D-g-C3N4分散液；
接着将0.2mg/L TiO2/3D-g-C3N4分散液移取滴涂于电极三块平行检测区域a,b以及c的导电区域A1，区域A2，区域A3，置于红外灯下烘干，得到TiO2/3D-g-C3N4/PB/ITO电极；
待自然风干后于区域A1，区域A2和区域A3均修饰了TiO2/3D-g-C3N4纳米复合材料的表面使用壳聚糖处理，同样进行静置烘干。
在平行检测区a的区域A1再修饰赭曲霉毒素A适配体溶液，在平行检测区b的区域A2再修饰林可霉素适配体溶液，在平行检测区c的区域A3再修饰有机磷农药适配体溶液，适配体溶液孵育一段时间后用磷酸缓冲溶液冲洗数次，然后用牛血清白蛋白封闭未结合的活性位点，再用磷酸缓冲溶液冲洗数次，得到基于比色法原理的光电致变色可视化生物传感器。
(5)光电致变色可视化传感器同时检测多种有机污染物：
基于调整后的最优检测条件，成功制备了光电致变色可视化传感器用于赭曲霉毒素(OTA)，林可霉素(LIN)以及克瘟散(EDI)这三种有机类污染物的高通量检测。为保证检测时三种有机物不会互相干扰变色效果，先对所设计的电极进行选择性检测，检测时选用四批电极，分别加入100ng/mL的赭曲霉毒素，1×10-5mol/L的林可霉素，100mg/L的克瘟散以及1000mg/L的微囊藻毒素，在LED灯光光照对比普鲁士蓝变色程度，拍照读取其RGB值。对本工作所设计的光电致变色可视化传感器的高通量检测的可行性进行验证。将电极置入所配好的不同浓度的检测液中，检测液分别是OTA，LIN和EDI。随着三种检测物浓度的加大，普鲁士的变色更加明显，这是由于检测物与适配体结合后脱落的加多，导致了传感器的PEC响应增强。
Claims (10)
1.用于同时检测多种有机类污染物的光电致变色可视化传感器的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、制备光催化材料TiO2/3D-g-C3N4：
将二氧化钛，三聚氰胺以及三聚氰酸加入超纯水超声混合，置于室温下搅拌一段时间，随后用离心机离心一段时间，接着将离心得到的前驱体在烘箱中过滤干燥，最后研磨所干燥的前驱体放入坩埚中，在马弗炉下煅烧后，获得了颜色为淡黄色的TiO2/3D-g-C3N4复合材料；
步骤2、电极的设计：
在一整块ITO上激光刻蚀出三块互不影响的平行检测区，区域分别命名为a，b，c，区域a再分为区域A1和区域B1；区域b再分为区域A2和区域B2；区域c再分为区域A3和区域B3；将刻蚀后的ITO用丙酮和超纯水超声洗涤，干燥，乙醇/氢氧化钠溶液中浸泡后，超纯水冲洗，氮气流下干燥；
步骤3、普鲁士蓝(PB)/ITO电极的制备：
称取KCl和K3Fe(CN)6倒入烧杯中，向烧杯中加入去离子水搅拌使其完全溶解，得到溶液A；再在另一个烧杯中加入称取FeCl3，并且加入去离子水和浓HCl，搅拌至混合均匀，得到溶液B；将溶液A与溶液B进行混合搅拌并加水，得到PB溶液；
采用循环伏安法在在步骤2所设计的电极上的电致变色部分区域B1、区域B2和区域B3电沉积普鲁士蓝，用饱和甘汞电极，铂丝电极和工作电极构建三电极体系，电沉积结束后用纯水缓慢冲洗电极，后干燥一夜以备用；
步骤4、构建光电致变色可视化传感器：
首先将步骤1中得到的TiO2/3D-g-C3N4分散于乙醇中，得到TiO2/3D-g-C3N4分散液；
接着将TiO2/3D-g-C3N4分散液移取滴涂于电极三块平行检测区域a,b以及c的导电区域A1，区域A2，区域A3，置于红外灯下烘干，得到TiO2/3D-g-C3N4/PB/ITO电极；
待烘干后于区域A1，区域A2和区域A3均修饰了TiO2/3D-g-C3N4纳米复合材料的表面使用壳聚糖处理，同样进行静置烘干；
同样待其烘干，在平行检测区a的区域A1再修饰赭曲霉毒素A适配体溶液，在平行检测区b的区域A2再修饰林可霉素适配体溶液，在平行检测区c的区域A3再修饰有机磷农药适配体溶液，适配体溶液孵育一段时间；
用磷酸缓冲溶液冲洗电极数次，然后用牛血清白蛋白封闭未结合的活性位点，静置电极一段时间；
用磷酸缓冲溶液冲洗电极数次，最终可以得到基于比色法原理的光电致变色可视化生物传感器。
2.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤1中，
三聚氰胺，三聚氰酸，二氧化钛，超纯水的用量比为2～3g：2～3g：0.2～1.5g：100mL；
所述搅拌时间为10～12h；离心转速为6000～9000rad/s，时间5～15min；干燥温度和时间分别为40～80℃和10～14h；马弗炉下煅烧温度和时间分别为400～450℃和2～5h。
3.如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，所述干燥温度为60℃，反应时间为12h；马弗炉下煅烧温度和时间分别为430℃和4h。
4.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤2中，电极面积为4x2.5cm；所用刻蚀仪器为激光刻蚀仪，刻蚀所用功率是50％，刻蚀速度为1000mm/s；丙酮和超纯水的使用量都为20～30ml，乙醇/氢氧化钠溶液摩尔量为1mol/L，使用量为20～30ml。
5.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤3中，所述PB溶液中，KCl，K3Fe(CN)6，FeCl3，HCl，超纯水的用量比例为0.1～0.5g：0.02～0.10g：0.02～0.06g：0.02～0.06mL：20～120mL；电沉积参数设置为低压0.4v，高压0.8v，扫描速率100mv/s,扫描次数25次。
6.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤4中，TiO2/3D-g-C3N4分散液的浓度为2mg/mL，壳聚糖的浓度为0.5wt％，赭曲霉毒素A适配体溶液，林可霉素适配体溶液以及有机磷农药适配体溶液的浓度均为2μmol/L，牛血清白蛋白的浓度为1％；TiO2/3D-g-C3N4分散液滴加的量为30～50μL；所述TiO2/3D-g-C3N4溶液、壳聚糖、赭曲霉毒素A适配体溶液，林可霉素适配体溶液、有机磷农药适配体溶液的浓度和牛血清白蛋白的用量比例为20μL：10μL：10μL：10μL：10μL：10μL。
7.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤4中，所述磷酸缓冲溶液为磷酸二氢钠和磷酸氢二钠的缓冲溶液，浓度为0.1mol/L，pH为7.4；
所用赭曲霉毒素A适配体的序列：5'-GAT CGG GTG TGG GTG GCG TAA AGG GAG CATCGG ACA-3'，
林可霉素适配体的序列为：5′-CGCG TGAT GTGG TCGA TGCG ATAC GGTG AGTC GCGCCACG GCTA CACA CGTC TCAG CGA-3′，
所述有机磷农药适配体为有机磷农药克瘟散适配体，序列为：5'-C6-CGT ACG -GAA TTCGCT AGC TAA GGG ATT CCT GTA GAA GGA GCA GTC TGG ATC C-GA GCT CCG-3'。
8.将权利要求1～7任一项所述构建方法构建的光电致变色可视化传感器用于同时检测多种有机类污染物的用途。
9.如权利要求8所述的用途，其特征在于，具体步骤为：
(1)将光电致变色可视化传感器浸没入含有不同检测物的标准溶液中，标准液使用pH＝7.4的0.1mol PBS作为溶液进行配置；
(2)LED光源垂直照射电极的光电极区域，观察收集变色区域的RGB值；将RGB值与检测物浓度的对数值做标准曲线；
(3)将未知有机污染物浓度的水样采用如上方法收集变色区域的RGB值，并代入标准曲线中，得出水样中的有机污染物浓度。
10.如权利要求8所述的用途，其特征在于，
步骤(1)中，检测标准液有三种，具体为赭曲霉毒素，林可霉素以及克瘟散，浓度范围分别是1ng/mL到100ng/mL，1×10-11mol/L到1×10-4mol/L以及1ng/L到100ng/L，溶液量为10～30mL，标准液使用0.1mol PBS作为溶液配置；LED光源的电流强度为1.2～3.4A；
步骤(3)中，水样量为10～30mL。
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