CN113607789B - 一种生物传感器及其制备方法和应用 - Google Patents

一种生物传感器及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113607789B
CN113607789B CN202110889882.1A CN202110889882A CN113607789B CN 113607789 B CN113607789 B CN 113607789B CN 202110889882 A CN202110889882 A CN 202110889882A CN 113607789 B CN113607789 B CN 113607789B
Authority
CN
China
Prior art keywords
acetamiprid
biosensor
detection
carbon quantum
quantum dot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110889882.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113607789A (zh
Inventor
惠妮
王家胜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qingdao Agricultural University
Original Assignee
Qingdao Agricultural University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qingdao Agricultural University filed Critical Qingdao Agricultural University
Priority to CN202110889882.1A priority Critical patent/CN113607789B/zh
Publication of CN113607789A publication Critical patent/CN113607789A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113607789B publication Critical patent/CN113607789B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3275—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction
    • G01N27/3278—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction involving nanosized elements, e.g. nanogaps or nanoparticles

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

本发明公开了一种生物传感器及其制备方法和应用，属于电化学生物传感技术领域。本发明所述生物传感器由工作电极和碳量子点/普鲁士蓝/聚3,4‑乙烯二氧噻吩/啶虫脒适配体复合材料组成。通过将碳量子点/普鲁士蓝复合材料与聚3,4‑乙烯二氧噻吩共沉积到工作电极上得到碳量子点/普鲁士蓝/聚3,4‑乙烯二氧噻吩修饰电极；将碳量子点/普鲁士蓝/聚3,4‑乙烯二氧噻吩修饰电极置于啶虫脒适配体溶液中孵化，得到所述生物传感器。所述生物传感器在啶虫脒检测中的应用可以有两种模式，DPV检测方法和过氧化氢检测法，本发明制备工艺简单，对啶虫脒选择性好、灵敏度高，对啶虫脒的检测限低至6.84×10‑16g/mL。

Description

一种生物传感器及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及电化学生物传感技术领域，特别是涉及一种生物传感器及其制备方法和应用。
背景技术
农药作为农业生产的重要组成部分，能够有效的缓解由于作物病虫害和杂草造成的农作物产量减少。但是目前农药使用过量的问题十分突出，农药残留存在于多种农产品中，对人类健康产生不利影响，严重危害人类健康。并且，由于农药使用过量而造成的农药残留会进一步造成水土污染、空气污染等，农药在环境和加工中还会产生多种转化产物，这些转化产物近年来也受到越来越多的关注，被列为“新兴污染物”。目前现有技术建立的农药残留检测方法主要有：气相色谱-质谱技术、酶联免疫抑制法、速测卡法、比色法等，但是这些技术或多或少存在着制备繁琐，选择性和稳定性差以及灵敏性较低的技术问题。
啶虫脒作为一种杀虫剂，毒性非常大，残留在食物中对人体健康产生非常大的危害。目前并没有一种制备工艺简单、选择性和稳定性好，灵敏性高的检测啶虫脒的传感器，因此，提供一种制备工艺简单、选择性和稳定性好，灵敏性高的检测啶虫脒的传感器是本领域技术人员亟需解决的一个技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物传感器及其制备方法和应用，以解决上述现有技术存在的问题，使传感器具有制备工艺简单、选择性和稳定性好，灵敏度高的特点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明目的之一是提供一种生物传感器，所述生物传感器由工作电极和碳量子点/普鲁士蓝/聚3,4-乙烯二氧噻吩/啶虫脒适配体复合材料组成。
进一步地，所述碳量子点/普鲁士蓝/聚3,4-乙烯二氧噻吩/啶虫脒适配体复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1，将碳量子点/普鲁士蓝复合材料与聚3,4-乙烯二氧噻吩共沉积得到碳量子点/普鲁士蓝/聚3,4-乙烯二氧噻吩；
步骤2，碳量子点/普鲁士蓝/聚3,4-乙烯二氧噻吩与啶虫脒适配体在催化剂作用下反应得到碳量子点/普鲁士蓝/聚3,4-乙烯二氧噻吩/啶虫脒适配体复合材料。
进一步地，步骤2中所述催化剂由1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺按摩尔比4:1混合得到。
本发明目的之二是提供上述生物传感器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将碳量子点/普鲁士蓝复合材料与聚3,4-乙烯二氧噻吩共沉积到工作电极上得到碳量子点/普鲁士蓝/聚3,4-乙烯二氧噻吩修饰电极；
步骤2，将碳量子点/普鲁士蓝/聚3,4-乙烯二氧噻吩修饰电极置于啶虫脒适配体溶液中孵化，得到所述生物传感器。
进一步地，所述碳量子点/普鲁士蓝复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1，利用柠檬酸制备碳量子点；
步骤2，将所述碳量子点与K3[Fe(CN)6]混合溶解于水中得到混合溶液，调节pH值为酸性，超声条件下将FeSO4溶液滴加到所述混合溶液中，离心、洗涤、干燥得到碳量子点/普鲁士蓝复合材料。
进一步地，所述啶虫脒适配体溶液中还包括催化剂；所述催化剂为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺。
进一步地，所述1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)、N-羟基琥珀酰亚胺和啶虫脒适配体的摩尔比为4:1:10-5。
进一步地，步骤2孵化后还包括用PBS和去离子水分别清洗三遍的步骤。
本发明目的之三是提供上述生物传感器在啶虫脒检测中的应用。
进一步地，所述应用的检测方法包括DPV检测法和H2O2检测法。
进一步地，所述DPV检测法包括以下步骤：
步骤1，用所述生物传感器孵化不同浓度的啶虫脒，记录孵化前后DPV峰电流；
步骤2，测定孵化前后DPV峰电流之差与孵化前的DPV峰电流比值与啶虫脒浓度的线性关系；
步骤3，由线性关系计算出所述生物传感器对啶虫脒的检测线性范围以及检测限。
进一步地，所述H2O2检测法包括以下步骤：
步骤1，利用电流-时间方法测定所述生物传感器孵化不同浓度的啶虫脒时对相同浓度的H2O2的响应电流；
步骤2，测定啶虫脒浓度的对数值与H2O2的响应电流的线性关系；
步骤3，由线性关系计算出所述生物传感器对啶虫脒的检测线性范围以及检测限。
本发明技术构思：
碳量子点(CDs)作为新兴的“零维”碳基纳米材料，具有荧光强、波长连续激发宽、水溶性优异、生物毒性低等特点，被认为是界面调控的优秀候选材料。普鲁士蓝(PB)因为其独特的化学结构和良好的氧化还原能力目前已经在生物传感器领域得到了广泛的应用，尤其是它对于过氧化氢所具有的显著的催化还原能力使其用于构建多种氧化酶的生物传感器，在临床、食品、环境监测等方面已经得到了广泛的应用。导电聚合物复合材料已广泛应用于超级电容器、生物传感器、光伏电池、电池、催化剂、化学传感器等先进器件中。聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)是导电聚合物中的重要材料，具有良好的稳定性与导电性，目前已经应用于生物传感器的制备过程。
本发明将碳量子点、普鲁士蓝以及聚3,4-乙烯二氧噻吩以合适的比例混合，通过电化学沉积法沉积在工作电极表面得到CDs/PB/PEDOT纳米复合材料，在兼具三种材料各自优势的同时，表面附着有CDs/PB/PEDOT的工作电极(简称：CDs/PB/PEDOT修饰电极)还可以与啶虫脒适配体构建成灵敏度极高的生物传感器，对啶虫脒的检测限可以低至6.84×10- 16g/mL。并且，所制备的生物传感器可以通过两种模式实现对啶虫脒的检测，一种模式是DPV检测方法，利用DPV的峰电流与啶虫脒的浓度的对数值之间呈线性关系来检测啶虫脒；另一种模式是过氧化氢检测法，传感器表面的适配体与啶虫脒的特异性结合使得传感界面对定量过氧化氢催化还原能力下降，导致过氧化氢还原电流相应降低，利用过氧化氢的还原电流与啶虫脒的浓度的对数值之间呈线性关系来检测啶虫脒的浓度。
本发明公开了以下技术效果：
(1)电化学法制备的CDs/PB/PEDOT纳米复合材料呈现出均匀堆叠的颗粒状，使得修饰后的电极的表面积大大增加，提高了电极的导电性能，制备的纳米复合材料带有大量的羧基(来源于碳量子点)，便于生物传感器的制备。
(2)CDs/PB/PEDOT修饰电极采用电流-时间曲线法对于不同浓度过氧化氢进行检测，线性范围为0.1～0.9mmol/L，检测限为0.0287mmol/L，说明CDs/PB/PEDOT修饰电极对过氧化氢有优异的选择性。
(3)本发明制备的生物传感器对啶虫脒的检测模式有两种，一种是采用DPV检测方法对不同浓度的啶虫脒进行检测，DPV的峰电流与啶虫脒的浓度的对数值之间呈线性关系，线性范围10-15～10-9g/mL，检测限为6.84×10-16g/mL；一种是利用适配体与啶虫脒的特异性结合使得传感界面对定量过氧化氢催化还原能力下降，导致过氧化氢还原电流相应降低，过氧化氢的还原电流与啶虫脒的浓度的对数值之间呈线性关系，线性范围10-15～10-9g/mLg/mL，检测限为4.99×10-15g/mL；
(4)本发明制备工艺简单，制备的生物传感器稳定性好，对啶虫脒选择性好、灵敏度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1制得的CDs/PB复合材料、CDs/PB/PEDOT纳米复合材料的扫描电镜图；其中，图A为CDs/PB复合材料的10000倍扫描电镜图；图B为CDs/PB/PEDOT纳米复合材料的2000倍扫描电镜图；图C为CDs/PB/PEDOT纳米复合材料的30000倍扫描电镜图；图D为CDs/PB/PEDOT纳米复合材料的50000倍扫描电镜图；
图2为实施例1制备的CDs、CDs/PB、CDs/PB/PEDOT的红外光谱图；
图3为实施例1制备的CDs/PB/PEDOT、CDs/PB/PEDOT/DNA的X射线光电子能谱；其中，图A为CDs/PB/PEDOT的X射线光电子能谱；图B为图A中Fe2p部分的放大图；图C为CDs/PB/PEDOT/DNA的X射线光电子能谱；图D为图C中P2p部分的放大图；
图4为实施例1步骤3制备的CDs/PB/PEDOT修饰电极在不同电压下对于H2O2的响应电流；
图5为实施例1步骤3制得的CDs/PB/PEDOT修饰电极对H2O2的响应电流以及响应电流与H2O2浓度之间关系图；其中，图A为CDs/PB/PEDOT修饰电极在电压为0V时对H2O2的响应电流；图B为H2O2浓度与响应电流的线性关系图；
图6为PBS缓冲液的pH值、CDs/PB/PEDOT制备过程中沉积圈数对生物传感器检测啶虫脒灵敏度的影响图；其中，图A为PBS缓冲液的pH值对生物传感器检测啶虫脒灵敏度的影响图；图B为CDs/PB/PEDOT制备过程中沉积圈数对生物传感器检测啶虫脒灵敏度的影响图；
图7为实施例1步骤4制得的生物传感器检测不同浓度啶虫脒的DPV曲线，以及DPV峰电流抑制率与啶虫脒浓度之间的线性关系；其中，图A为生物传感器检测不同浓度啶虫脒的DPV曲线；图B为DPV峰电流抑制率与啶虫脒浓度之间的线性关系；
图8为实施例1步骤4制得的生物传感器孵化不同浓度的啶虫脒之后对相同浓度的H2O2的响应电流，以及啶虫脒浓度的对数值与H2O2的响应电流的线性关系图；其中，图A为生物传感器孵化不同浓度的啶虫脒之后对相同浓度的H2O2的响应电流；图B为啶虫脒浓度的对数值与H2O2的响应电流的线性关系图；
图9为实施例1步骤4制得的生物传感器检测啶虫脒和其他干扰物的选择性柱形图；其中，图A为DPV检测法；图B为过氧化氢检测法；
图10为实施例1步骤4制得的生物传感器在pH＝4.0的PBS缓冲液中扫描50圈的CV曲线；
图11为实施例1步骤4制得的生物传感器检测具有不同浓度啶虫脒的白菜汁的DPV曲线，以及生物传感器所孵化的啶虫脒浓度与ΔI之间的关系；其中，图A为生物传感器对于具有不同浓度啶虫脒的白菜汁的DPV曲线；图B为生物传感器所孵化的啶虫脒浓度与ΔI之间的关系，
图12为对比例1制备的生物传感器检测不同浓度啶虫脒的DPV曲线，以及DPV峰电流抑制率与啶虫脒浓度之间的线性关系；其中，图A为生物传感器检测不同浓度啶虫脒的DPV曲线；图B为DPV峰电流抑制率与啶虫脒浓度之间的线性关系。
具体实施方式
实施例1
步骤1，准确称取柠檬酸100g在恒温干燥器中于180℃下烘烤40h，得到橙棕色高粘度液体。随后加入100mL去离子水与50mL浓度为5M的NaOH溶液进行超声溶解，待溶解后用25mL浓度为5M的NaOH溶液调节pH值至7，将溶液进行冷冻干燥得到的黄橙色粉末即为羧化的碳量子点(CDs)。
步骤2，取6mg步骤1制备的CDs与0.2925g K3[Fe(CN)6]置于烧杯中加入30ml超纯水超声溶解。在另一个烧杯中加入0.3g FeSO4和30ml超纯水，用1M稀盐酸调节溶液pH至2得到FeSO4溶液，在超声条件下，将FeSO4溶液用胶头滴管逐滴滴入到K3[Fe(CN)6]和步骤1制得的羧化的碳量子点的混合溶液中，继续超声30分钟后使用离心机离心并用超纯水洗涤3次，将离心后制备的固体放置于鼓风干燥箱中在60℃条件下干燥得到CDs/PB复合材料。
步骤3，准确称取步骤2制备的10mg CDs/PB复合材料置于10mL称量瓶中，向称量瓶中加入5mL去离子水，于超声条件下充分溶解，待溶解后向溶液中加入10μL 3,4-乙烯二氧噻吩，继续进行超声处理至其完全溶解，得到沉积液。采用电化学方法中的循环伏安法对已经处理好的工作电极(玻碳电极)进行沉积，沉积电压为-0.2V～1.2V，扫速为0.1V/s，沉积15圈，得到表面附着CDs/PB/PEDOT纳米复合材料的工作电极，即得到CDs/PB/PEDOT修饰电极。
步骤4，准确称量0.1917g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和0.0287g N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)于10mL称量瓶中，用移液枪移取pH为7.4的PBS缓冲液1.25mL加入其中，充分混匀溶解即得到催化剂。将2×10-5M啶虫脒适配体(DNA)溶液与催化剂按照体积比1∶1混合即可得到目标浓度(0.4M EDC，0.1M NHS和10-6M适配体)的啶虫脒适配体溶液。将CDs/PB/PEDOT修饰电极置于啶虫脒适配体溶液中孵化1h，之后用PBS和去离子水分别清洗三遍，成功制得生物传感器(即表面均匀附着CDs/PB/PEDOT/DNA复合材料的工作电极)。
结果：图1是本实施例制得的CDs/PB复合材料、CDs/PB/PEDOT纳米复合材料的扫描电镜图；其中，图A为CDs/PB复合材料的10000倍扫描电镜图；图B为CDs/PB/PEDOT纳米复合材料的2000倍扫描电镜图；图C为CDs/PB/PEDOT纳米复合材料的30000倍扫描电镜图；图D为CDs/PB/PEDOT纳米复合材料的50000倍扫描电镜图；由图1能够看出，所制备的CDs/PB/PEDOT纳米复合材料呈现出均匀堆叠的颗粒状。
CDs、CDs/PB、CDs/PB/PEDOT的红外光谱图如图2所示，其中，a代表的是CDs，b代表的是CDs/PB，c代表的是CDs/PB/PEDOT；由a能够看出，3456cm-1处为-OH的伸缩振动峰，1593cm-1处是C＝O的伸缩振动峰，2956cm-1和2831cm-1处是C-H2的伸缩振动峰，1361cm-1和1271cm-1处为C-O-C的伸缩振动峰，995cm-1处为C-H伸缩振动，证明制备的CDs表面具有大量的羧基集团；由b能够看出，除了CDs所具有的基团的吸收峰外，在2084cm-1处有C≡N的伸缩振动峰，C≡N的存在证明PB已经成功地与CDs复合；由c能够看出，在1065cm-1处有C-S的伸缩振动吸收峰，这证明PEDOT的存在，说明了CDs/PB/PEDOT纳米复合材料的成功制备。
CDs/PB/PEDOT、CDs/PB/PEDOT/DNA的X射线光电子能谱如图3所示，其中，图A为CDs/PB/PEDOT的X射线光电子能谱；图B为图A中Fe2p部分的放大图；图C为CDs/PB/PEDOT/DNA的X射线光电子能谱；图D为图C中P2p部分的放大图；由图A能够看出CDs/PB/PEDOT纳米复合材料的成功制备；由图B能够看出，+2和+3价的Fe均来源于PB，证明PB的成功制备；由图C和图D能够看出DNA成功固定到了CDs/PB/PEDOT纳米复合材料的表面。
用步骤3制得的CDs/PB/PEDOT修饰电极对过氧化氢的催化性能进行测试：
采用电流-时间曲线法进行测定，在pH＝4.0的PBS溶液中，在不断搅拌的条件下、在相同的时间间隔(50s)内向溶液中加入过氧化氢溶液，将电压设置为-0.1V、0V、0.1V、0.2V，进行测定，结果如图4所示；其中a为-0.1V，b为0V，c为0.1V，d为0.2V；由图4能够看出，在0V时，CDs/PB/PEDOT修饰电极对过氧化氢产生的催化电流最大。
测定步骤3制得的CDs/PB/PEDOT修饰电极对H2O2的响应电流与H2O2浓度之间的关系：
检测条件设置为电压0V，pH＝4.0的PBS溶液，H2O2加入的时间间隔为50s；H2O2的浓度与响应电流之间的关系如图5所示，其中，A为CDs/PB/PEDOT修饰电极在电压为0V时对H2O2的响应电流；B为H2O2浓度与响应电流的线性关系图；由图5B能够看出，H2O2的浓度与响应电流之间存在良好的线性关系，其线性方程为y＝24.8x+0.260,(R2＝0.998),线性范围为0.1mmol/L-0.9mmol/L，检测限为0.0287mmol/L，说明制备的CDs/PB/PEDOT修饰电极能够成功应用于H2O2的定量检测。
检测PBS缓冲液的pH值、CDs/PB/PEDOT制备过程中沉积圈数对最终制备的生物传感器检测啶虫脒灵敏度的影响：
将步骤4制得的生物传感器孵化10-11M啶虫脒30分钟，记录孵化啶虫脒前、后在不同pH值的PBS缓冲溶液中的DPV曲线，孵化啶虫脒前DPV峰电流的值记录为I0，孵化啶虫脒之后的DPV峰电流的值为I，计算孵化前后差值ΔI，ΔI/I0表示孵化不同浓度的啶虫脒农药后产生的信号抑制率，ΔI/I0数值越大，说明生物传感器对啶虫脒的灵敏度越高。结果如图6A所示，由图6A能够看出，在PBS缓冲溶液pH≥4时，生物传感器对啶虫脒检测的灵敏度影响进入平台期，pH值的变化对传感器的灵敏度影响不大。
制备CDs/PB/PEDOT过程中沉积圈数分别为9圈，12圈、15圈、18圈时，在PBS 4.0的缓冲溶液中，记录孵化10-11M啶虫脒30分钟前后的DPV曲线，孵化啶虫脒前记录为I0，计算孵化前后差值ΔI，具体沉积圈数对生物传感器灵敏度的影响如图6B所示。由图6B能够看出，当沉积圈数为15圈时，生物传感器对啶虫脒检测的灵敏度最高。
测定步骤4制得的生物传感器在检测不同浓度啶虫脒时的DPV曲线，以及线性抑制率与啶虫脒浓度之间的线性关系：
在PBS缓冲溶液pH＝4条件下，分别检测10-15g/mL、10-14g/mL、10-13g/mL、10-12g/mL、10-11g/mL、10-10g/mL、10-9g/mL的啶虫脒，记录孵化前生物传感器的DPV峰电流为I0，孵化啶虫脒之后的DPV峰电流的值为I，两者的差值就为ΔI，以ΔI/I0就可以表示孵化不同浓度的啶虫脒农药后产生的信号抑制率，具体结果如图7所示，其中图A为步骤4制得的生物传感器在检测不同浓度啶虫脒时的DPV曲线，a箭头g代表啶虫脒浓度从10-15到10-9g/mL依次增加的过程，顺着箭头的方向为一个渐变过程，图B为DPV峰电流抑制率与啶虫脒浓度之间的线性关系；由图7能够得出，啶虫脒浓度的对数值与信号抑制率的线性方程，y＝0.0578x+0.882，(R2＝0.993)，其中，y为信号抑制率，x为啶虫脒浓度的对数值；这种检测方式对于啶虫脒农药的定量检测线性范围是10-15g/mL～10-9g/mL，检测限为6.84×10-16g/mL。
测定步骤4制得的生物传感器孵化不同浓度的啶虫脒之后对相同浓度的H2O2的响应电流，以及啶虫脒浓度的对数值与H2O2的响应电流的线性关系：
生物传感器对于H2O2也具有催化能力，在生物传感器表面孵化不同浓度的啶虫脒就会引起其对于H2O2催化能力的改变，从而影响H2O2催化电流的大小。在pH＝4.0的PBS溶液，测量电压为0V，H2O2浓度为0.1mM的条件下，利用电流-时间方法测定孵化不同浓度的啶虫脒的生物传感器对相同浓度的H2O2响应电流，结果如图8A所示(a箭头g代表啶虫脒浓度从10-15到10-9g/mL依次增加的过程，顺着箭头的方向为一个渐变过程)。由图8A能够看出，随着啶虫脒浓度的增加，生物传感器的催化能力减小；H2O2的响应电流随之减小，啶虫脒浓度的对数值与H2O2的响应电流呈现良好相关性，结果如图8B所示，由图8B能够得出，啶虫脒浓度的对数值与H2O2的响应电流的线性方程为y＝-0.126x+0.985，(R2＝0.993)，其中y为H2O2的响应电流，x为啶虫脒浓度的对数值；这种检测方式对于啶虫脒农药的定量检测线性范围是10-15～10-9g/mL，检测限为4.99×10-15g/mL。
检测步骤4制备的生物传感器对啶虫脒的选择性：
生物传感器分别孵化0.01mg/mL的麦芽糖溶液(a)、抗坏血酸溶液(b)、蔗糖溶液(c)、柠檬酸溶液(d)、KCl溶液(e)、NaNO2溶液(f)、毒死蜱溶液(g)、甲基对硫磷溶液(h)、杀螟硫磷溶液(i)、啶虫脒溶液(j)分别进行两种模式(DPV检测方法和过氧化氢检测法)检测，记录相应的信号，结果如图9所示，其中，图A为DPV检测法，图B为过氧化氢检测法。由图9能够看出本实施例制备的生物传感器可以实现对啶虫脒农药的特异性检测。
测定步骤4制得的生物传感器应用于实际样品检测的准确性：
用pH为7.4的PBS将白菜原液进行100倍的稀释，然后使用该溶液配置不同浓度的啶虫脒溶液，用步骤4制得的生物传感器检测该啶虫脒溶液中的啶虫脒，结果如图11所示，其中图A为生物传感器对于具有不同浓度啶虫脒的白菜汁的DPV曲线，a—g代表啶虫脒浓度从10-15到10-9g/mL依次增加的过程，顺着箭头的方向为一个渐变过程；图B为生物传感器所孵化的啶虫脒浓度与ΔI之间的关系；由图11能够看出：采用DPV检测方法时，得出啶虫脒浓度的对数值与信号抑制率的线性方程，y＝0.0557x+0.879(R2＝0.998)传感器对于啶虫脒农药的定量检测线性范围也是10-15～10-9g/mL。比较未使用实际样品时的线性方程y＝0.0578x+0.882，发现两者的斜率变化较小，由此说明实际样品对于生物传感器与啶虫脒的结合的影响比较小，所以CDs/PB/PEDOT/DNA生物传感器能够应用于实际样品的检测。
本实施例步骤4制得的生物传感器在pH＝4.0的PBS缓冲液中扫描50圈的CV曲线如图10所示；由图10能够看出，CV曲线基本重合，表明本实施例制得的生物传感器具有良好的稳定性。
对比例1
与实施例1不同之处在于，省略步骤3中3,4-乙烯二氧噻吩的添加。
结果：相较于CDs/PB/PEDOT/DNA生物传感器，CDs/PB/DNA生物传感器对啶虫脒的检测限高，线性范围变窄，传感器更容易达到饱和。没有了导电聚合物PEDOT的粘合，CDs/PB/DNA易出现脱落现象，导致传感器稳定性差；采用DPV检测方法时，CDs/PB/DNA生物传感器对于啶虫脒农药的定量检测线性范围10-13g/mL～10-10g/mL，检测限为3.36×10-14，结果如图12所示。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种生物传感器在啶虫脒检测中的应用，其特征在于，所述生物传感器由工作电极和碳量子点/普鲁士蓝/聚3,4-乙烯二氧噻吩/啶虫脒适配体复合材料组成；
所述生物传感器的制备方法，为以下步骤：
步骤1，将碳量子点/普鲁士蓝复合材料与聚3,4-乙烯二氧噻吩共沉积到工作电极上得到碳量子点/普鲁士蓝/聚3,4-乙烯二氧噻吩修饰电极；
步骤2，将碳量子点/普鲁士蓝/聚3,4-乙烯二氧噻吩修饰电极置于啶虫脒适配体溶液中孵化，得到所述生物传感器；
所述碳量子点/普鲁士蓝复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1，利用柠檬酸制备碳量子点；
步骤2，将所述碳量子点与K3[Fe(CN)6］混合溶解于水中得到混合溶液，调节pH值为酸性，超声条件下将FeSO4溶液滴加到所述混合溶液中，离心、洗涤、干燥得到碳量子点/普鲁士蓝复合材料。
2.根据权利要求1所述的生物传感器在啶虫脒检测中的应用，其特征在于，所述啶虫脒适配体溶液中还包括催化剂；所述催化剂为1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺。
3.根据权利要求1所述的生物传感器在啶虫脒检测中的应用，其特征在于，所述应用的检测方法包括DPV检测法和H2O2检测法。
4.根据权利要求3所述的生物传感器在啶虫脒检测中的应用，其特征在于，所述DPV检测法包括以下步骤：
步骤1，用所述生物传感器孵化不同浓度的啶虫脒，记录孵化前后DPV峰电流；
步骤2，测定孵化前后DPV峰电流之差与孵化前的DPV峰电流比值与啶虫脒浓度的线性关系；
步骤3，由线性关系计算出所述生物传感器对啶虫脒的检测线性范围以及检测限。
5.根据权利要求3所述的生物传感器在啶虫脒检测中的应用，其特征在于，所述H2O2检测法包括以下步骤：
步骤1，利用电流-时间方法测定所述生物传感器孵化不同浓度的啶虫脒时对相同浓度的H2O2的响应电流；
步骤2，测定啶虫脒浓度的对数值与H2O2的响应电流的线性关系；
步骤3，由线性关系计算出所述生物传感器对啶虫脒的检测线性范围以及检测限。
CN202110889882.1A 2021-08-04 2021-08-04 一种生物传感器及其制备方法和应用 Active CN113607789B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110889882.1A CN113607789B (zh) 2021-08-04 2021-08-04 一种生物传感器及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110889882.1A CN113607789B (zh) 2021-08-04 2021-08-04 一种生物传感器及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113607789A CN113607789A (zh) 2021-11-05
CN113607789B true CN113607789B (zh) 2023-06-23

Family

ID=78339419

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110889882.1A Active CN113607789B (zh) 2021-08-04 2021-08-04 一种生物传感器及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113607789B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106841353A (zh) * 2017-02-27 2017-06-13 天津理工大学 一种无酶电化学生物传感器电极的制备方法及其应用
CN108120704A (zh) * 2017-12-11 2018-06-05 东莞理工学院 一种啶虫脒的荧光检测方法
CN110186911A (zh) * 2019-05-17 2019-08-30 济南大学 一种基于共振能量转移的电致化学发光适配体传感器的制备方法及应用
CN110568044A (zh) * 2019-09-05 2019-12-13 中国科学院电子学研究所 基于适配体的微流控滤纸芯片传感器及其制备方法
CN110632142A (zh) * 2019-08-28 2019-12-31 江南大学 一种基于金钯-石墨烯量子点复合材料的电化学生物传感器的制备方法及其应用
CN112098484A (zh) * 2020-09-11 2020-12-18 常州大学 基于电化学发光法检测啶虫脒的传感器以及制备方法和应用
WO2021103682A1 (zh) * 2019-11-25 2021-06-03 长沙理工大学 一种基于甲醛媒介作用选择性检测l-色氨酸的方法
CN113125537A (zh) * 2021-04-06 2021-07-16 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种可穿戴式汗液监测传感器及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106841353A (zh) * 2017-02-27 2017-06-13 天津理工大学 一种无酶电化学生物传感器电极的制备方法及其应用
CN108120704A (zh) * 2017-12-11 2018-06-05 东莞理工学院 一种啶虫脒的荧光检测方法
CN110186911A (zh) * 2019-05-17 2019-08-30 济南大学 一种基于共振能量转移的电致化学发光适配体传感器的制备方法及应用
CN110632142A (zh) * 2019-08-28 2019-12-31 江南大学 一种基于金钯-石墨烯量子点复合材料的电化学生物传感器的制备方法及其应用
CN110568044A (zh) * 2019-09-05 2019-12-13 中国科学院电子学研究所 基于适配体的微流控滤纸芯片传感器及其制备方法
WO2021103682A1 (zh) * 2019-11-25 2021-06-03 长沙理工大学 一种基于甲醛媒介作用选择性检测l-色氨酸的方法
CN112098484A (zh) * 2020-09-11 2020-12-18 常州大学 基于电化学发光法检测啶虫脒的传感器以及制备方法和应用
CN113125537A (zh) * 2021-04-06 2021-07-16 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种可穿戴式汗液监测传感器及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Turn-on Biosensor-Based Aptamer-Mediated Carbon Quantum Dots Nanoaggregate for Acetamiprid Detection in Complex Samples;Jiao Zhe等;Food Analytical Methods;第12卷;第668-676页 *
Three-dimensional gold nanoparticles/prussian blue-poly(3,4-ethylenedioxythiophene) nanocomposite as novel redox matrix for label-free electrochemical immunoassay of carcinoembryonic antigen;Yang Taotao 等;Sensors and Actuators B: Chemical;第239卷;第76-84页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113607789A (zh) 2021-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Recent advances in nanomaterials-based electrochemical (bio) sensors for pesticides detection
Xu et al. Dual-signal aptamer sensor based on polydopamine-gold nanoparticles and exonuclease I for ultrasensitive malathion detection
Arshak et al. Conducting polymers and their applications to biosensors: emphasizing on foodborne pathogen detection
Dhawan et al. Recent developments in urea biosensors
Das et al. Enzymatic electrochemical biosensor for urea with a polyaniline grafted conducting hydrogel composite modified electrode
Soylemez et al. Electrochemical and optical properties of a conducting polymer and its use in a novel biosensor for the detection of cholesterol
Chowdhury et al. Highly sensitive electrochemical biosensor for glucose, DNA and protein using gold-polyaniline nanocomposites as a common matrix
Ahmad et al. Wide linear-range detecting high sensitivity cholesterol biosensors based on aspect-ratio controlled ZnO nanorods grown on silver electrodes
García-Aljaro et al. Conducting polymer nanowire-based chemiresistive biosensor for the detection of bacterial spores
Sun et al. Amperometric immunosensor based on deposited gold nanocrystals/4, 4′-thiobisbenzenethiol for determination of carbofuran
Li et al. A ratiometric strategy-based electrochemical sensing interface for the sensitive and reliable detection of imidacloprid
Gokoglan et al. Selenium containing conducting polymer based pyranose oxidase biosensor for glucose detection
CN104614425B (zh) 一种功能化碳纳米管载Cu2O六角星形微晶复合材料的制备与应用
CN107064259A (zh) 基于辅酶A‑Au（I）配位聚合物的电化学生物传感器的制备方法及应用
CN113390943A (zh) 一种检测有机磷农药的电化学传感器及其制备方法
Lin et al. Conducting polymer-based sensors for food and drug analysis
CN114134138B (zh) 一种用于农药检测的离子液体聚合物基电化学修饰材料及其制备方法和应用
Abd El-Haleem et al. Manganese dioxide-core–shell hyperbranched chitosan (MnO 2–HBCs) nano-structured screen printed electrode for enzymatic glucose biosensors
Mostafavi et al. Selenium-based nanomaterials for biosensing applications
CN106814116A (zh) 一种无标记型丙烯酰胺电化学免疫传感器及其构建方法和应用
Ramesh et al. Polymer composites for enzyme sensors
Zhang et al. Electrochemical sensors of neonicotinoid insecticides residues in food samples: from structure to analysis
CN113607789B (zh) 一种生物传感器及其制备方法和应用
Liu et al. A NADH Sensor Based on 1, 2‐Naphththoquinone Electropolymerized on Multi‐walled Carbon Nanotubes Modified Glassy Carbon Electrode
Mongra et al. Review study on electrochemical-based biosensors

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant