CN116698822A - Hg2+可视化定量检测装置、制备方法及检测方法 - Google Patents
Hg2+可视化定量检测装置、制备方法及检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116698822A CN116698822A CN202310318895.2A CN202310318895A CN116698822A CN 116698822 A CN116698822 A CN 116698822A CN 202310318895 A CN202310318895 A CN 202310318895A CN 116698822 A CN116698822 A CN 116698822A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- ito
- solution
- zno
- dna
- 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.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 65
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 title claims abstract description 44
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 29
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 161
- DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N iron(2+);iron(3+);octadecacyanide Chemical compound [Fe+2].[Fe+2].[Fe+2].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 77
- 229960003351 prussian blue Drugs 0.000 claims description 77
- 239000013225 prussian blue Substances 0.000 claims description 77
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 claims description 70
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 62
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 61
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- UGZAJZLUKVKCBM-UHFFFAOYSA-N 6-sulfanylhexan-1-ol Chemical compound OCCCCCCS UGZAJZLUKVKCBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 claims description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 18
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 238000011534 incubation Methods 0.000 claims description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 17
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 15
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 12
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 12
- VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N hexamethylenetetramine Chemical compound C1N(C2)CN3CN1CN2C3 VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 12
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims description 11
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 11
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 11
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 claims description 11
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 11
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 9
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 claims description 9
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 9
- 229910052946 acanthite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 8
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims description 8
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 claims description 8
- 229940056910 silver sulfide Drugs 0.000 claims description 8
- XUARKZBEFFVFRG-UHFFFAOYSA-N silver sulfide Chemical compound [S-2].[Ag+].[Ag+] XUARKZBEFFVFRG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 claims description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 235000010299 hexamethylene tetramine Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000004312 hexamethylene tetramine Substances 0.000 claims description 6
- PHQOGHDTIVQXHL-UHFFFAOYSA-N n'-(3-trimethoxysilylpropyl)ethane-1,2-diamine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCNCCN PHQOGHDTIVQXHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 6
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims description 5
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 5
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 4
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 4
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 claims description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 3
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 claims description 3
- PZBFGYYEXUXCOF-UHFFFAOYSA-N TCEP Chemical compound OC(=O)CCP(CCC(O)=O)CCC(O)=O PZBFGYYEXUXCOF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 claims description 3
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 3
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 3
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims description 3
- 229910000073 phosphorus hydride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 3
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 3
- 239000012086 standard solution Substances 0.000 claims description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 2
- 238000007865 diluting Methods 0.000 claims description 2
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims description 2
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 claims description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N Formic acid Chemical compound OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 claims 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- RWQNBRDOKXIBIV-UHFFFAOYSA-N thymine Chemical compound CC1=CNC(=O)NC1=O RWQNBRDOKXIBIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000005513 bias potential Methods 0.000 description 3
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 3
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 241000579895 Chlorostilbon Species 0.000 description 2
- 108010001336 Horseradish Peroxidase Proteins 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000007398 colorimetric assay Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229910052876 emerald Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010976 emerald Substances 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 229940113082 thymine Drugs 0.000 description 2
- 235000014653 Carica parviflora Nutrition 0.000 description 1
- 241000243321 Cnidaria Species 0.000 description 1
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N Cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- JJWSNOOGIUMOEE-UHFFFAOYSA-N Monomethylmercury Chemical compound [Hg]C JJWSNOOGIUMOEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000427 antigen Substances 0.000 description 1
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 description 1
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000090 biomarker Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000009646 cyclic growth Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000001506 fluorescence spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000003018 immunoassay Methods 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 1
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
- 238000004846 x-ray emission Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N21/78—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
-
- 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
- G01N27/305—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells optically transparent or photoresponsive electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明提供一种Hg2+可视化定量检测装置、制备方法及检测方法，该装置包括比色池、传感电极、指示电极、导线及光源，比色池用于容纳电解质溶液，传感电极及指示电极间隔插置于比色池的电解质溶液中，并通过导线相连接，传感电极包括孵育了待测物Hg2+的由光电活性材料制成的光电极，指示电极负载有电致变色材料，光源用于照射传感电极，以使得负载有电致变色材料的指示电极发生颜色改变。该装置可以基于裸眼可视化检测，无需使用任何分析设备，只需人眼就可识别检测，具有精准可靠、检测结果可视化、检测成本较低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及水体检测技术领域，具体涉及一种Hg2+可视化定量检测装置、制备方法及检测方法。
背景技术
随着工业的不断扩张，释放到环境中的汞量正在不断增加。二价汞(Hg2+)可以被微生物转化为剧毒的甲基汞。因此，Hg2+会对植物和动物产生不利影响，进而对人类健康产生不良影响。采用高灵敏度和选择性的方法检测微量的Hg2+至关重要。近年来，开发出用来检测Hg2+的有X射线荧光光谱、电化学、荧光光谱法、荧光光谱和拉曼光谱法等。然而，由于昂贵的设备和复杂的操作程序，从而限制了它们在现场检测中的应用。为了克服这些不足，开发出一种可靠且价格合理的检测设备显得尤为重要。
虽然现有的商业化比色测定试剂盒可以实现裸眼检测，但大多数都仅用于定性检测疾病生物标志物，不能进行精确定量检测，而且其对目标物的响应颜色显示单一。例如，广泛使用的辣根过氧化物酶(HRP)-3,3,5,5,5-四甲基联苯胺(TMB)免疫测定系统只对目标浓度响应单色(黄色)的强度变化。专家估计，人眼可以区分1000万种不同的颜色。因此，在呈现出多变颜色的情况下，就可以极大地提高可视化检测不同量靶分子的准确性。聚苯胺(PANI)在不同价态时会显示出几种不同的颜色，从还原态到完全氧化态，根据其氧化程度的不同分别命名为全还原式(leucoemeraldine，简称LM，浅黄色)、单醌式(protoemeraldine，简称PM，绿色)、双醌式(emeraldine，简称EM，深绿色)、三醌式(nigraniline，简称NA，蓝色)、四醌式即全氧化式(pernigraniline，简称PNA，紫罗兰色)。
在光照下，聚苯胺会被半导体ZnO、TiO2等产生的空穴氧化，从而发生变色。另一种电致变色材料普鲁士蓝(PB)在得电子时，则会发生颜色转变，形成普鲁士白(PW)。有研究表明，当把PANI膜电化学沉积到PB膜时，更有利于发生电致变色和氧化还原反应的能力。为了发展一个多色可视化检测分析平台，我们在基于Ag2S@ZnO NTs光电材料上，利用其光电效应致使普鲁士蓝/聚苯胺复合材料发生从翡翠绿-蓝色-紫色-黑色的颜色转变来可视化检测目标物Hg2+。
发明内容
鉴于以上所述，本发明提供一种Hg2+可视化定量检测装置、制备方法及检测方法，可以基于裸眼可视化检测，无需使用任何分析设备，只需人眼就可识别检测，具有精准可靠、检测结果可视化、检测成本较低的优点。
本发明的技术方案：
第一方面，本发明提供一种Hg2+可视化定量检测装置，包括比色池、传感电极、指示电极、导线及光源，比色池用于容纳电解质溶液，传感电极及指示电极间隔插置于比色池的电解质溶液中，并通过导线相连接，传感电极包括孵育了待测物Hg2+的由光电活性材料制成的光电极，指示电极负载有电致变色材料，光源用于照射传感电极，以使得负载有电致变色材料的指示电极发生颜色改变。
进一步地，还包括绝缘支架，绝缘支架安装于比色池顶部，导线两端分别穿过绝缘支架并分别与传感电极及指示电极相连接。
进一步地，还包括导电胶及导电夹，两个导电胶分别设于传感电极及指示电极的顶端，两个导电夹分别夹持于传感电极及指示电极上设有导电胶的位置，导线的两端分别与两个导电夹电连接。
第二方面，本发明提供一种上述的Hg2+可视化定量检测装置的制备方法，首先制备光电极，以ITO导电玻璃为基底，用硫化银与氧化锌纳米管Ag2S@ZnO NTs复合材料修饰在ITO表面，再将其浸入到SH-DNA溶液中，之后用MCH(6-巯基-1-己醇)进行封闭，光电极制备好后，将其浸入到含有Hg2+和SiO2@Ag-NH2-DNA的溶液中孵育，得到传感电极。
进一步地，所述指示电极以ITO导电玻璃为基底，由普鲁士蓝与聚苯胺双层膜修饰,即为PANI/PB/ITO。
进一步地，光电极MCH/SH-DNA/Ag2S@ZnO NTs/ITO的制备包括如下步骤：
一、氧化锌纳米管ZnO NTs的合成
首先制备氧化锌纳米棒ZnO NRs，通过水热法将氧化锌纳米棒ZnO NRs直接在ITO导电玻璃基底合成，将ITO电极清洗、晾干，之后将清洗过的ITO电极放在聚四氟乙烯内置的反应釜中，导电面朝下，移取3-5mL 0.2M的ZnNO3·6H2O溶液、0.2M的六次甲基四胺溶液到反应釜中，将反应釜至于恒温鼓风干燥箱中，90℃先反应12h后，再换取新鲜的0.2M的ZnNO3·6H2O溶液3-5mL、0.2M六次甲基四胺3-5mL，继续在90℃反应12h；待反应釜冷却至室温后，取出电极，用去离子水冲洗数次，即得到ZnO NRs/ITO电极；将合成的ZnO NRs/ITO电极放入0.125M KOH溶液中，在70℃下腐蚀后取出，用去离子水冲洗干净后，即得到ZnO NTs/ITO电极；
二、原位生长硫化银Ag2S
将ZnO NTs/ITO电极浸入到0.1M AgNO3的乙醇溶液中1-3min，然后取出ZnO NTs/ITO电极用乙醇冲洗，之后再浸入到0.1M的Na2S的乙醇/水为1:3的溶液中2-5min，然后用乙醇冲洗；这两个步骤是一个合成Ag2S的循环，而Ag2S的吸附量会因循环次数而增加，将这个循环过程重复1至5次，最后，将制备的Ag2S@ZnO NTs/ITO复合电极干燥。
进一步地，光电极MCH/SH-DNA/Ag2S@ZnO NTs/ITO的制备包括如下步骤：
三、固定SH-DNA
SH-DNA序列为5'-SH-(CH2)6-GTT GTT GTT TTG CGT TGT TTT GTT G-3'，用pH＝7.0的PBS缓冲液将SH-DNA母液稀释到5μM，然后在黑暗中加入等量的10mM三羟甲基氨基甲烷(2-carboxyethyl)磷化氢液(TCEP)以裂解二硫键，将处理后的SH-DNA储存在4-8℃，固定SH-DNA时，将制备的Ag2S@ZnO NTs/ITO复合电极浸入到5mL、2.5μM的SH-DNA溶液中，4-8℃下孵育过夜，并用5mL、2mM的MCH(6-巯基-1-己醇)封闭未结合的SH-DNA。
进一步地，光电极MCH/SH-DNA/Ag2S@ZnO NTs/ITO的制备包括如下步骤：
四、SiO2@Ag-NH2-DNA的制备
取15mL正硅酸四乙酯(TEOS)放入含有40mL乙醇、50mL水和30mL28％氨水的烧杯中搅拌6h，将离心后的样品分散到100mL水中，然后加入4mL新鲜的100mg·mL-1NaOH溶液搅拌，搅拌后离心，用水清洗，在60℃下真空干燥后得到多孔SiO2纳米球，将干燥后的多孔SiO2纳米球与30μL的N-(氨基乙基)-氨基丙基三甲氧基硅烷(TSD)和25mL乙醇混合，在40℃搅拌，离心和水洗后，将胺化多孔SiO2纳米球在60℃真空干燥，然后将15mg胺化多孔SiO2纳米球分散到50mL 100mM硝酸银溶液中，搅拌后，加入0.1g·mL-1葡萄糖溶液50mL，继续搅拌，离心洗涤后，在60℃真空干燥，得到SiO2@Ag；
NH2-DNA序列为:5’-NH2-(CH2)6-CTT CTT TTC TTC TTC GCT TTT CTT TTT C-3’，用pH＝7.0的PBS缓冲液将NH2-DNA母液稀释至5μM，加入5mg SiO2@Ag和1mLPBS缓冲液，滴加500μL的5μM NH2-DNA，在4-8℃下孵育，收集所得沉淀后，用PBS缓冲液洗涤，最后加入500μL的1mM乙醇胺(MEA)阻断非特异性位点。
进一步地，PANI/PB/ITO指示电极的制备包括如下步骤：
首先在已清洗过的ITO电极上沉积PB，电沉积过程使用三电极体系，其中饱和Ag/AgCl电极为参比电极，铂柱电极为对电极，ITO电极为工作电极，实验如下：首先将ITO基底电极清洗、晾干，配制含有0.1M的HCl，2.5mM的K3[Fe(CN)6]，0.1M的KCl和2.5mM的FeCl3的电镀液，在-0.1V状态下，将ITO基底电极放入电镀液中，沉积100s，沉积完成后振动搅拌电镀液，并将电极保持在溶液中5min，重复整个电镀过程多次，ITO电极上出现明显的蓝色膜，表明PB/ITO电极成功制备，将PB/ITO电极清洗、干燥；
之后在PB/ITO电极上电化学沉积，电化学沉积使用三电极体系，其中饱和Ag/AgCl电极为参比电极，铂柱电极为对电极，PB/ITO电极为工作电极，实验如下：首先配制包含0.25M苯胺，0.2M硫酸，0.05M的K2HPO4的电镀液，之后将PB/ITO电极放入电镀液中，使用电位为0.1-1V，扫速为5mv/s，扫描20圈后，沉积完成，将PANI/PB/ITO指示电极用去离子水清洗、干燥。
第三方面，本发明提供一种Hg2+可视化定量检测方法，应用上述的Hg2+可视化定量检测装置进行检测，包括如下步骤：
S1：将光电极MCH/SH-DNA/Ag2S@ZnO NTs/ITO在含有10-3-10-13mol/L的Hg2+和SiO2@Ag-NH2-DNA的标准溶液5μL中孵育30min，用超纯水冲洗未键合的SiO2@Ag-NH2-DNA，得到传感电极，SiO2@Ag-NH2-DNA/Hg2+/MCH/SH-DNA/Ag2S@ZnO NTs/ITO；
S2：分别将传感电极,与指示电极的一端贴上导电胶，用导线将两个导电夹连接，将两个导电夹插入到带有双孔的可移动的绝缘支架上，再分别夹紧在贴有导电胶的传感电极与指示电极上，形成一座拱桥；
S3：将传感电极与指示电极连接起来后，将其放入盛有w/w为1％的KCl、0.1M的PBS缓冲液、pH＝7.0的电解质溶液的比色池，将其置于暗盒中，保证传感电极与指示电极的朝向、浸入电解质液面的高度一致；
S4:在暗盒中用可见波长为680-730nm的光源直射孵育了Hg2+的传感电极正面，在光照15-20min后，指示电极发生颜色改变，肉眼观察指示剂的变色情况，实现不同Hg2+浓度可视化检测；
S5：在保证统一的拍摄条件下，拍取S4步骤中光照后的指示电极照片，用Photoshop软件读取指示电极电子照片显示的绿色通道颜色强度平均值Gavg，通过标准Hg2+浓度的变化，绘制出标准曲线，将待测Hg2+溶液代替S1步骤中的Hg2+的标准溶液，按照S1、S2、S3、S4所述的Hg2+检测方法进行检测，根据所得到的Gavg与所绘制的工作曲线得出待测Hg2+的浓度。
本发明的有益效果：
与现有技术相比，本发明提供的Hg2+可视化定量检测装置，通过设置比色池、传感电极、指示电极、导线及光源相配合。通过光源照射传感电极，使得负载有电致变色材料的指示电极发生颜色改变，可清楚地用肉眼观察到不同Hg2+浓度对应的颜色状态，无需使用任何分析设备，只需人眼就可识别检测，易于实现不同Hg2+浓度的可视化检测，具有精准可靠、检测结果可视化、检测成本较低的优点。
基于Ag2S@ZnO NTs光电效应驱动的可视化检测Hg2+传感机理：在可见光照射下，氧化锌纳米管(ZnO NTs)及硫化银(Ag2S)均会产生光生电子与空穴对。由于ZnO NTs的导带(CB)较低，来自Ag2S的光激发电子，会自发地转移到ZnO NTs上，之后再通过外电路传输到普鲁士蓝/聚苯胺/ITO(PANI/PB/ITO)电极，导致其中的普鲁士蓝(PB)得到电子转变为普鲁士白(PW)。同时，由于Ag2S的价带(VB)较高，ZnO NTs的产生的空穴将迁移到Ag2S，并氧化置入在电解质溶液中PANI/PB/ITO电极的PANI，使其发生氧化反应，在这个过程中，PANI/PB便会发生EM-PANI/PB(墨绿色)——PNA-PANI/PW(黑色)的不同程度颜色的转变。基于此，为了实现定量可视化检测Hg2+，将SH-DNA固定在Ag2S@ZnO NTs的光活性基质上，Ag2S光活性底物通过SH-DNA中的胸腺嘧啶(T)碱基可特异性结合Hg2+形成T-Hg2+对。T-Hg2+对可结合孵育过程中加入的SiO2@Ag-NH2-DNA。由于SiO2@Ag-NH2-DNA的引入增加了空间电阻，导致ZnO、Ag2S的光生载流子转移受阻，使得PANI/PB颜色的变化程度发生上述改变，并可清楚地用肉眼观察到不同Hg2+浓度对应的颜色状态，通过Photoshop软件读取Gavg值，将Gavg作为因变量，Hg2+浓度为自变量，绘制出标准曲线，实现回归方程对Hg2+的可视化定量检测。
本发明的优选实施方案及其有益效果，将结合具体实施方式进一步详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但不应构成对本发明的限制。在附图中，
图1为本发明Hg2+可视化定量检测装置的结构示意图；
图2为本发明基于Ag2S@ZnO NTs光电效应驱动的可视化检测Hg2+传感机理图；
图3为PB/PANI光照前(a)、PB/PANI光照后(b)紫外可见吸收光谱图；
图4为PB/PANI光照前(a)、PB/PANI光照后(b)循环伏安图；
图5为Hg2+测定的线性标准曲线；
图6分别为(A)ZnO NRs，(B)ZnO NTs，(C)Ag2S@ZnO NTs的扫描电镜图；
图7为ZnO NTs、Ag2S@ZnO NTs的XRD图；
图8为PANI、PB、PB/PANI的红外光谱图；
图9为PANI的电子扫描电镜图；
图10为PANI、PB、PB/PANI的紫外可见吸收光谱；
图11为几个不同次数循环生长Ag2S的光电流响应图；
图12为激发波长对光电极产生光电流的影响图；
图13为偏压电位对光电极产生光电流的影响图；
图14为孵育时间对光电极产生光电流的影响图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
请参阅图1，本发明提供一种Hg2+可视化定量检测装置，包括比色池1、传感电极2、指示电极3、导线4及光源。比色池1用于容纳电解质溶液。传感电极2及指示电极3间隔插置于比色池1的电解质溶液中，并通过导线4相连接。传感电极2包括孵育了待测物Hg2+的由光电活性材料制成的光电极。指示电极3负载有电致变色材料。光源用于照射传感电极2，以使得负载有电致变色材料的指示电极3发生颜色改变。肉眼观察指示剂的变色情况，易于实现不同Hg2+浓度的可视化检测。
本发明提供的Hg2+可视化定量检测装置，通过设置比色池1、传感电极2、指示电极3、导线4及光源相配合。通过光源照射传感电极2，使得负载有电致变色材料的指示电极3发生颜色改变，可清楚地用肉眼观察到不同Hg2+浓度对应的颜色状态，无需使用任何分析设备，只需人眼就可识别检测，易于实现不同Hg2+浓度的可视化检测，具有精准可靠、检测结果可视化、检测成本较低的优点。
本实施例中，为了便于将传感电极2及指示电极3安装于比色池1中，Hg2+可视化定量检测装置还包括绝缘支架5，绝缘支架5安装于比色池1顶部，导线4两端分别穿过绝缘支架5并分别与传感电极2及指示电极3相连接。
本实施例中，为了便于导线4与传感电极2及指示电极3的可靠连接，Hg2+可视化定量检测装置还包括导电胶6及导电夹7，两个导电胶6分别设于传感电极2及指示电极3的顶端，两个导电夹7分别夹持于传感电极2及指示电极3上设有导电胶6的位置，导线4的两端分别与两个导电夹7电连接。
本发明还提供一种Hg2+可视化定量检测装置的制备方法，首先制备光电极，以ITO导电玻璃为基底，用硫化银与氧化锌纳米管Ag2S@ZnO NTs复合材料修饰在ITO表面，再将其浸入到SH-DNA溶液中，之后用6-巯基-1-己醇(MCH)进行封闭。光电极制备好后，将其浸入到含有Hg2+和SiO2@Ag-NH2-DNA的溶液中孵育，得到传感电极2。
指示电极以ITO导电玻璃为基底，由普鲁士蓝与聚苯胺双层膜修饰,即为PANI/PB/ITO。
具体地，光电极MCH/SH-DNA/Ag2S@ZnO NTs/ITO的制备包括如下步骤：
一、氧化锌纳米管ZnO NTs的合成
首先制备氧化锌纳米棒ZnO NRs，通过改进的水热法将氧化锌纳米棒ZnO NRs直接在ITO导电玻璃基底合成。简而言之，首先将ITO电极(5cm×1cm)依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗15(15-30)min后，在空气中晾干。之后将清洗过的ITO电极放在聚四氟乙烯内置的反应釜中，导电面朝下。用移液枪分别移取4(3-5)mL 0.2M的ZnNO3·6H2O溶液、0.2M的六次甲基四胺溶液到反应釜中，将反应釜至于恒温鼓风干燥箱中，90℃先反应12h后，再换取新鲜的0.2M的ZnNO3·6H2O溶液4(3-5)mL、0.2M六次甲基四胺4(3-5)mL，继续在90℃反应12h。待反应釜冷却至室温后，取出电极，用去离子水冲洗数次，即得到ZnO NRs/ITO电极。将合成的ZnO NRs/ITO电极放入0.125M KOH溶液中，在70℃下腐蚀20min后取出，用去离子水冲洗干净后，即可得到ZnO NTs/ITO电极。
二、原位生长硫化银Ag2S
实验过程如下：将ZnO NTs/ITO电极浸入到0.1M AgNO3的乙醇溶液中1(1-3)min，然后取出ZnO NTs/ITO电极用乙醇冲洗，之后再浸入到0.1M Na2S的乙醇/水(1:3)溶液中3(2-5)min，然后用乙醇冲洗。这两个步骤是一个合成Ag2S的循环，而Ag2S的吸附量会因循环次数而增加。将这个循环过程重复1至5次，最后，将制备的Ag2S@ZnO NTs/ITO复合电极干燥。
三、固定SH-DNA
SH-DNA序列为5'-SH-(CH2)6-GTT GTT GTT TTG CGT TGT TTT GTT G-3'。用PBS(pH＝7.0)
缓冲液将SH-DNA母液稀释到5μM，然后在黑暗中加入等量的10mM三羟甲基氨基甲烷(2-carboxyethyl)磷化氢液(TCEP)以裂解二硫键，将处理后的SH-DNA储存在4(4-8)℃。固定SH-DNA时，将制备的Ag2S@ZnO NTs/ITO复合电极浸入到5mL、2.5μM的SH-DNA溶液中，4(4-8)℃下孵育过夜，并用5mL、2mM的6-巯基-1-己醇(MCH)封闭未结合的SH-DNA。
四、SiO2@Ag-NH2-DNA的制备
取15mL正硅酸四乙酯(TEOS)放入含有40mL乙醇、50mL水和30mL28％氨水的烧杯中搅拌6h，将离心后的样品分散到100mL水中。然后加入4mL新鲜的100mg·mL-1NaOH溶液搅拌。搅拌12小时后，离心，用水清洗3次。在60℃下真空干燥12h后得到多孔SiO2纳米球。将干燥后的多孔SiO2纳米球与30μL的N-(氨基乙基)-氨基丙基三甲氧基硅烷(TSD)和25mL乙醇混合。在40℃搅拌12h。离心和水洗三次后，将胺化多孔SiO2纳米球在60℃真空干燥。然后将15mg胺化多孔SiO2纳米球分散到50mL 100mM硝酸银溶液中。搅拌60分钟后，加入0.1g·mL-1葡萄糖溶液50mL，继续搅拌60分钟。离心洗涤后，在60℃真空干燥12h，得到SiO2@Ag。
NH2-DNA序列为:5’-NH2-(CH2)6-CTT CTT TTC TTC TTC GCT TTT CTT TTT C-3’。用pH＝7.0的磷酸盐缓冲液(PBS缓冲液)将NH2-DNA母液稀释至5μM。加入5mg SiO2@Ag和1mL的PBS缓冲液。滴加500μL的5μM NH2-DNA，在6(4-8)℃下孵育6h，收集所得沉淀后，用PBS缓冲液洗涤3次。最后加入500μL的1mM乙醇胺(MEA)阻断非特异性位点。
具体地，PANI/PB/ITO指示电极的制备包括如下步骤：
首先在已清洗过的ITO电极上沉积PB，电沉积过程使用三电极体系，其中饱和Ag/AgCl电极为参比电极，铂柱电极为对电极，ITO电极为工作电极。实验如下：首先将ITO基底电极(1.25cm×4cm)依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗20(15 -30)min后，在空气中晾干。随后新鲜配制含有0.1M的HCl，2.5mM的K3[Fe(CN)6]，0.1M的KCl和2.5mM的FeCl3的电镀液。在-0.1V状态下，将ITO基底电极放入电镀液中，沉积100s，沉积完成后振动搅拌电镀液，并将电极保持在溶液中5min。重复整个电镀过程4次，ITO电极上出现明显的蓝色膜，表明PB/ITO电极成功制备。将PB/ITO电极用去离子水清洗，去除表面一些物理吸附的杂质后，在80℃下干燥10(8 -12)h。
之后在PB/ITO电极上电化学沉积。电化学沉积使用三电极体系，其中饱和Ag/AgCl电极为参比电极，铂柱电极为对电极，PB/ITO电极为工作电极。实验如下：首先配制包含0.25M苯胺，0.2M硫酸，0.05M的K2HPO4的电镀液。之后将PB/ITO电极放入电镀液中，使用电位为0.1-1V，扫速为5mv/s，扫描20圈后，沉积完成。将PANI/PB/ITO指示电极用去离子水清洗，去除表面一些物理吸附的杂质后，在80℃下干燥10(8 -12)h。
本发明还提供一种Hg2+可视化定量检测方法，应用Hg2+可视化定量检测装置进行检测，包括如下步骤：
S1：将光电极MCH/SH-DNA/Ag2S@ZnO NTs/ITO在含有10-3-10-13mol/L的Hg2+和SiO2@Ag-NH2-DNA的标准溶液5μL中孵育30min，用超纯水冲洗未键合的SiO2@Ag-NH2-DNA，得到传感电极2，SiO2@Ag-NH2-DNA/Hg2+/MCH/SH-DNA/Ag2S@ZnO NTs/ITO。
S2：分别将传感电极2,与指示电极3(PANI/PB/ITO)的一端贴上导电胶6。自备两个导电夹7，用导线4将两个导电夹7连接。将两个导电夹7插入到带有双孔(间距3 -5cm)的可移动的绝缘支架5上，再分别夹紧在贴有导电胶6的传感电极2与指示电极3上，形成一座拱桥。
S3：将传感电极2与指示电极3连接起来后，将其放入盛有KCl(1％，w/w)、0.1M的PBS缓冲液(0.1M KH2PO4、0.1M Na2HPO4)、pH＝7.0的电解质溶液的比色池1(2*6*4cm)，将其置于暗盒中，保证传感电极2与指示电极3的朝向、浸入电解质液面的高度一致。
S4:在暗盒中用可见波长为680-730nm的光源直射(距离15-20cm)孵育了Hg2+的传感电极2正面，在光照15-20min后，指示电极3发生颜色改变，肉眼观察指示剂的变色情况，实现不同Hg2+浓度可视化检测。
S5：在保证统一的拍摄条件下，拍取S4步骤中光照后的指示电极3照片。用Photoshop软件读取指示电极3电子照片显示的绿色通道颜色强度平均值Gavg，通过标准Hg2+浓度(10-3、10-5、10-7、10-9、10-11、10-13mol/L)的变化，绘制出标准曲线。将待测Hg2+溶液代替S1步骤中的Hg2+的标准溶液，按照S1、S2、S3、S4所述的Hg2+检测方法进行检测，根据所得到的Gavg与所绘制的工作曲线得出待测Hg2+的浓度，实现定量化检测。
基于Ag2S@ZnO NTs光电效应驱动的可视化检测Hg2+传感机理如图2所示，在可见光照射下，氧化锌纳米管(ZnO NTs)及硫化银(Ag2S)均会产生光生电子与空穴对。由于ZnONTs的导带(CB)较低，来自Ag2S的光激发电子，会自发地转移到ZnO NTs上，之后再通过外电路传输到普鲁士蓝/聚苯胺/ITO(PANI/PB/ITO)电极，导致其中的普鲁士蓝(PB)得到电子转变为普鲁士白(PW)。同时，由于Ag2S的价带(VB)较高，ZnO NTs的产生的空穴将迁移到Ag2S，并氧化置入在电解质溶液中PANI/PB/ITO电极的PANI，使其发生氧化反应，在这个过程中，PANI/PB便会发生EM-PANI/PB(墨绿色)——PNA-PANI/PW(黑色)的不同程度颜色的转变。基于此，为了实现定量可视化检测Hg2+，将SH-DNA固定在Ag2S@ZnO NTs的光活性基质上，Ag2S光活性底物通过SH-DNA中的胸腺嘧啶(T)碱基可特异性结合Hg2+形成T-Hg2+对。T-Hg2+对可结合孵育过程中加入的SiO2@Ag-NH2-DNA。由于SiO2@Ag-NH2-DNA的引入增加了空间电阻，导致ZnO、Ag2S的光生载流子转移受阻，使得PANI/PB颜色的变化程度发生上述改变，并可清楚地用肉眼观察到不同Hg2+浓度对应的颜色状态，通过Photoshop软件读取Gavg值，将Gavg作为因变量，Hg2+浓度为自变量，绘制出标准曲线，实现回归方程对Hg2+的可视化定量检测。
为了证明机理的准确性，分别测量了PB/PANI在随着光阳极被光照前和光照后的紫外吸光度及循环伏安图。结果如图3所示，a表示PB/PANI光照前，b表示PB/PANI光照后。光照后，对应的PB/PANI(曲线b)吸收峰位置发生蓝移，有研究表明这是由于PANI被氧化导致的。
此外从循环伏安图4可发现，a表示PB/PANI光照前，b表示PB/PANI光照后。光照后PB/PANI(曲线b)的电流值降低，导电能力减弱，这是由于当处于全氧化态的聚苯胺时将失去导电的能力。这些结果均表明了，在光照后PB/PNNI会被产生的光生载流子氧化还原，从而导致颜色发生改变。
在实验最优条件下，进行了可视化定量检测Hg2+。如图5所示，PB/PANI的Gavg值随着Hg2+浓度的增大而增大。该现象可归因于Hg2+浓度越高，其产生的空间位阻越大，光生载流子的转移更容易受到阻碍，导致光电效应驱动PB/PANI变色更难发生。(其浓度依次为10-13、10-12、10-11、10-10、10-9、10-8、10-7、10-6、10-5、10-4、10-3mol/L)的颜色变化差异明显。并且，PB/PANI的Gavg值与Hg2+的浓度呈线性关系。线性回归方程为Gavg＝117.67+5.57log CHg2+/M(R2＝0.998)。
1.1、制备方法中涉及的合成制备材料的SEM、XRD、Uv-vis、FT-IR表征
1.11、ZnO NRs、ZnO NTs、Ag2S@ZnO NTs的相关表征
如图6所示，第一步制备出的ZnO材料为纳米棒状，而为了使得原位生长的Ag2S有更多的生长空间，将ZnO纳米棒又在碱腐蚀下，变成了ZnO纳米管。之后从图6中(C)部分图中可以发现在ZnO纳米管上有新的Ag2S生成。
此外，为了研究合成材料的晶相，将ZnO NTs、Ag2S@ZnO NTs分别做了XRD表征。从图7可发现，ZnO NTs的XRD图谱显示出良好的六边形匹配(JCPDS卡号#36-1451)，并且没有观察到杂质峰，表明ZnO NTs样品是纯六方形。在Ag2S沉积之后，观察到对应于α-Ag2S(JCPDS卡号#14-0072)的峰，进一步，表明Ag2S@ZnO NTs制备成功。
1.12、PB、PANI、PB/PANI的相关表征
如图8所示，在FT-IR光谱中，PB的存在可通过在601.7cm-1和2082.7cm-1处的吸收峰验证，这归因于Fe-CN-Fe的弯曲模式，Fe-CN的振动模式和氰化物拉伸模式。吸收峰在1610.3cm-1和3635.2cm-1对应于O-H的拉伸模式，表明配位水在PB的框架内。此外，PANI的特征吸收峰，对应在PB/PANI曲线的虚线框指定区域，范围为750-1500cm-1。图9为PB/PANI的电镜扫描图，从图中可看出在PB表面沉积有珊瑚形状的PANI，且结构紧密。
如图10，提供了PB/PANI紫外吸收光谱与其PANI、PB单独的紫外光谱图。我们可以发现PANI/PB的着色显然是由于两个发色团所导致的。此外，制备的PANI表现出半氧化状态时的翠绿色，即制备出基于中间氧化态(EM-PANI)的PANI/PB复合材料，且其再现了PANI在350nm处的特征吸光度。此外，PB的峰位置显示在680nm处，而由于聚苯胺大约在750-800nm处也存在吸收峰，导致PANI/PB的峰位置相对于PB发生红移。以上结果均表明了PANI/PB制备成功。
1.2、关于检测条件的优化
1.21、优化原位生长Ag2S
在实验过程中随着SILAR循环的增加，电极的颜色从浅黄色变为棕色，这表明Ag2S在ZnO NTs上的沉积量逐渐增加，导致更多的光吸收。图11显示了几个不同SILAR循环的Ag2S@ZnO NTs电极光电流。开始时，Ag2S@ZnO NTs电极的光电流强度随着SILAR循环的增加而增加，到第三个SILAR循环时产生最佳光电流值，这归因于Ag2S负载后引起的光吸收改善。随着循环次数的进一步增加，光电流逐渐减小，这是因为电解质溶液的有效表面积由于Ag2S的过量沉积而减少，这阻止了ZnO NTs的管隙。此外，额外的Ag2S增加了电子转移的扩散阻力，并提供了更多的表面复合。因此，在实验中均使用三个循环数量的Ag2S@ZnO NTs电极。
1.22、优化激发光波长和偏压
当Ag2S@ZnO NTs被不同波长的可见光照射时，其响应光电流会有不同。为了获得最大的光电信号，我们分别研究了几种不同激发波长对其产生光电流的影响。结果如图12所示，在激发波长为730nm处产生最大光电流，因此730nm是本实验的最佳激发波长。此外，在图13中，当偏压电位为0V时，产生的光电流最大，因此本实验选取0V作为测试光电流的最佳偏压电位。
1.23、优化Hg2+和SiO2@Ag-NH2-DNA溶液孵育时间
由于抗原-抗体可发生特异性识别，其抗原孵育的时间将对所制备的传感器产生影响。结果如图14所示，在孵育了Hg2+和SiO2@Ag-NH2-DNA溶液孵育的目标物时，产生的光电流在30min后基本没有发生改变，这是因为反应已经达到了平衡。因此，选取30min为最佳孵育时间。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示重要性；词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何方向。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种Hg2+可视化定量检测装置，其特征在于，包括比色池(1)、传感电极(2)、指示电极(3)、导线(4)及光源，比色池(1)用于容纳电解质溶液，传感电极(2)及指示电极(3)间隔插置于比色池(1)的电解质溶液中，并通过导线(4)相连接，传感电极(2)包括孵育了待测物Hg(2)+的由光电活性材料制成的光电极，指示电极(3)负载有电致变色材料，光源用于照射传感电极(2)，以使得负载有电致变色材料的指示电极(3)发生颜色改变。
2.根据权利要求1所述的Hg2+可视化定量检测装置，其特征在于，还包括绝缘支架(5)，绝缘支架(5)安装于比色池(1)顶部，导线(4)两端分别穿过绝缘支架(5)并分别与传感电极(2)及指示电极(3)相连接。
3.根据权利要求2所述的Hg2+可视化定量检测装置，其特征在于，还包括导电胶(6)及导电夹(7)，两个导电胶(6)分别设于传感电极(2)及指示电极(3)的顶端，两个导电夹(7)分别夹持于传感电极(2)及指示电极(3)上设有导电胶(6)的位置，导线(4)的两端分别与两个导电夹(7)电连接。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的Hg2+可视化定量检测装置的制备方法，其特征在于，首先制备光电极，以ITO导电玻璃为基底，用硫化银与氧化锌纳米管Ag2S@ZnO NTs复合材料修饰在ITO表面，再将其浸入到SH-DNA溶液中，之后用MCH(6-巯基-1-己醇)进行封闭，光电极制备好后，将其浸入到含有Hg2+和SiO2@Ag-NH2-DNA的溶液中孵育，得到传感电极(2)。
5.根据权利要求4所述的Hg2+可视化定量检测装置的制备方法，其特征在于，所述指示电极以ITO导电玻璃为基底，由普鲁士蓝与聚苯胺双层膜修饰,即为PANI/PB/ITO。
6.根据权利要求4所述的Hg2+可视化定量检测装置的制备方法，其特征在于，光电极MCH/SH-DNA/Ag2S@ZnO NTs/ITO的制备包括如下步骤：
一、氧化锌纳米管ZnO NTs的合成
首先制备氧化锌纳米棒ZnO NRs，通过水热法将氧化锌纳米棒ZnO NRs直接在ITO导电玻璃基底合成，将ITO电极清洗、晾干，之后将清洗过的ITO电极放在聚四氟乙烯内置的反应釜中，导电面朝下，移取3-5mL 0.2M的ZnNO3·6H2O溶液、0.2M的六次甲基四胺溶液到反应釜中，将反应釜至于恒温鼓风干燥箱中，90℃先反应12h后，再换取新鲜的0.2M的ZnNO3·6H2O溶液3-5mL、0.2M六次甲基四胺3-5mL，继续在90℃反应12h；待反应釜冷却至室温后，取出电极，用去离子水冲洗数次，即得到ZnO NRs/ITO电极；将合成的ZnO NRs/ITO电极放入0.125MKOH溶液中，在70℃下腐蚀后取出，用去离子水冲洗干净后，即得到ZnO NTs/ITO电极；
二、原位生长硫化银Ag2S
将ZnO NTs/ITO电极浸入到0.1M AgNO3的乙醇溶液中1-3min，然后取出ZnO NTs/ITO电极用乙醇冲洗，之后再浸入到0.1M的Na2S的乙醇/水为1:3的溶液中2-5min，然后用乙醇冲洗；这两个步骤是一个合成Ag2S的循环，而Ag2S的吸附量会因循环次数而增加，将这个循环过程重复多次，最后，将制备的Ag2S@ZnO NTs/ITO复合电极干燥。
7.根据权利要求6所述的Hg2+可视化定量检测装置的制备方法，其特征在于，光电极MCH/SH-DNA/Ag2S@ZnO NTs/ITO的制备包括如下步骤：
三、固定SH-DNA
SH-DNA序列为5'-SH-(CH2)6-GTT GTT GTT TTG CGT TGT TTT GTT G-3'，用pH＝7.0的PBS缓冲液将SH-DNA母液稀释到5μM，然后在黑暗中加入等量的10mM三羟甲基氨基甲烷(2-carboxyethyl)磷化氢液(TCEP)以裂解二硫键，将处理后的SH-DNA储存在4-8℃，固定SH-DNA时，将制备的Ag2S@ZnO NTs/ITO复合电极浸入到5mL、2.5μM的SH-DNA溶液中，4-8℃下孵育过夜，并用5mL、2mM的MCH(6-巯基-1-己醇)封闭未结合的SH-DNA。
8.根据权利要求7所述的Hg2+可视化定量检测装置的制备方法，其特征在于，光电极MCH/SH-DNA/Ag2S@ZnO NTs/ITO的制备包括如下步骤：
四、SiO2@Ag-NH2-DNA的制备
取15mL正硅酸四乙酯(TEOS)放入含有40mL乙醇、50mL水和30mL28％氨水的烧杯中搅拌6h，将离心后的样品分散到100mL水中，然后加入4mL新鲜的100mg·mL-1NaOH溶液搅拌，搅拌后离心，用水清洗，在60℃下真空干燥后得到多孔SiO2纳米球，将干燥后的多孔SiO2纳米球与30μL的N-(氨基乙基)-氨基丙基三甲氧基硅烷(TSD)和25mL乙醇混合，在40℃搅拌，离心和水洗后，将胺化多孔SiO2纳米球在60℃真空干燥，然后将15mg胺化多孔SiO2纳米球分散到50mL 100mM硝酸银溶液中，搅拌后，加入0.1g·mL-1葡萄糖溶液50mL，继续搅拌，离心洗涤后，在60℃真空干燥，得到SiO2@Ag；
NH2-DNA序列为:5’-NH2-(CH2)6-CTT CTT TTC TTC TTC GCT TTT CTT TTT C-3’，用pH＝7.0的PBS缓冲液将NH2-DNA母液稀释至5μM，加入5mg SiO2@Ag和1mLPBS缓冲液，滴加500μL的5μM NH2-DNA，在4-8℃下孵育，收集所得沉淀后，用PBS缓冲液洗涤，最后加入500μL的1mM乙醇胺(MEA)阻断非特异性位点。
9.根据权利要求5所述的Hg2+可视化定量检测装置的制备方法，其特征在于，PANI/PB/ITO指示电极的制备包括如下步骤：
首先在已清洗过的ITO电极上沉积PB，电沉积过程使用三电极体系，其中饱和Ag/AgCl电极为参比电极，铂柱电极为对电极，ITO电极为工作电极，实验如下：首先将ITO基底电极清洗、晾干，配制含有0.1M的HCl，2.5mM的K3[Fe(CN)6]，0.1M的KCl和2.5mM的FeCl3的电镀液，在-0.1V状态下，将ITO基底电极放入电镀液中，沉积100s，沉积完成后振动搅拌电镀液，并将电极保持在溶液中5min，重复整个电镀过程多次，ITO电极上出现明显的蓝色膜，表明PB/ITO电极成功制备，将PB/ITO电极清洗、干燥；
之后在PB/ITO电极上电化学沉积，电化学沉积使用三电极体系，其中饱和Ag/AgCl电极为参比电极，铂柱电极为对电极，PB/ITO电极为工作电极，实验如下：首先配制包含0.25M苯胺，0.2M硫酸，0.05M的K2HPO4的电镀液，之后将PB/ITO电极放入电镀液中，使用电位为0.1-1V，扫速为5mv/s，扫描20圈后，沉积完成，将PANI/PB/ITO指示电极用去离子水清洗、干燥。
10.一种Hg2+可视化定量检测方法，其特征在于，应用权利要求3所述的Hg2+可视化定量检测装置进行检测，包括如下步骤：
S1：将光电极MCH/SH-DNA/Ag2S@ZnO NTs/ITO在含有10-3-10-13mol/L的Hg2+和SiO2@Ag-NH2-DNA的标准溶液5μL中孵育30min，用超纯水冲洗未键合的SiO2@Ag-NH2-DNA，得到传感电极(2)，SiO2@Ag-NH2-DNA/Hg2+/MCH/SH-DNA/Ag2S@ZnO NTs/ITO；
S2：分别将传感电极(2),与指示电极(3)的一端贴上导电胶(6)，用导线(4)将两个导电夹(7)连接，将两个导电夹(7)插入到带有双孔的可移动的绝缘支架(5)上，再分别夹紧在贴有导电胶(6)的传感电极(2)与指示电极(3)上，形成一座拱桥；
S3：将传感电极(2)与指示电极(3)连接起来后，将其放入盛有质量分数为1％的KCl、0.1M的PBS缓冲液、pH＝7.0的电解质溶液的比色池(1)，将其置于暗盒中，保证传感电极(2)与指示电极(3)的朝向、浸入电解质液面的高度一致；
S4:在暗盒中用可见波长为680-730nm的光源直射孵育了Hg2+的传感电极(2)正面，在光照15-20min后，指示电极(3)发生颜色改变，肉眼观察指示剂的变色情况，实现不同Hg2+浓度可视化检测；
S5：在保证统一的拍摄条件下，拍取S4步骤中光照后的指示电极(3)照片，用Photoshop软件读取指示电极(3)电子照片显示的绿色通道颜色强度平均值Gavg，通过标准Hg2+浓度的变化，绘制出标准曲线，将待测Hg2+溶液代替S1步骤中的Hg2+的标准溶液，按照S1、S2、S3、S4所述的Hg2+检测方法进行检测，根据所得到的Gavg与所绘制的工作曲线得出待测Hg2+的浓度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310318895.2A CN116698822A (zh) | 2023-03-29 | 2023-03-29 | Hg2+可视化定量检测装置、制备方法及检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310318895.2A CN116698822A (zh) | 2023-03-29 | 2023-03-29 | Hg2+可视化定量检测装置、制备方法及检测方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116698822A true CN116698822A (zh) | 2023-09-05 |
Family
ID=87828186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310318895.2A Pending CN116698822A (zh) | 2023-03-29 | 2023-03-29 | Hg2+可视化定量检测装置、制备方法及检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116698822A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117250244A (zh) * | 2023-11-17 | 2023-12-19 | 臻萃(江苏)酶科技发展有限公司 | 一种可视化检测甲胎蛋白的光电化学传感器及其制备方法 |
-
2023
- 2023-03-29 CN CN202310318895.2A patent/CN116698822A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117250244A (zh) * | 2023-11-17 | 2023-12-19 | 臻萃(江苏)酶科技发展有限公司 | 一种可视化检测甲胎蛋白的光电化学传感器及其制备方法 |
| CN117250244B (zh) * | 2023-11-17 | 2024-01-26 | 臻萃(江苏)酶科技发展有限公司 | 一种可视化检测甲胎蛋白的光电化学传感器及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tang et al. | Sensitive enzymatic glucose detection by TiO 2 nanowire photoelectrochemical biosensors | |
| Cao et al. | A novel self-enhanced electrochemiluminescence sensor based on PEI-CdS/Au@ SiO2@ RuDS and molecularly imprinted polymer for the highly sensitive detection of creatinine | |
| CN106290514B (zh) | 一种基于硅酞菁功能化的TiO2介观晶体的黄曲霉毒素光电化学检测方法 | |
| Fu et al. | Electrochemiluminescence sensor for dopamine with a dual molecular recognition strategy based on graphite-like carbon nitride nanosheets/3, 4, 9, 10-perylenetetracarboxylic acid hybrids | |
| CN109283235B (zh) | 一种基于NSCQDs/Bi2S3的光电化学传感器及其制备方法 | |
| CN109655510B (zh) | 一种基于片状硫钼化铜的心肌肌钙蛋白i免疫传感器的构建 | |
| Liu et al. | Construction of the direct Z-scheme CdTe/APTES-WO3 heterostructure by interface engineering for cathodic “signal-off” photoelectrochemical aptasensing of streptomycin at sub-nanomole level | |
| Han et al. | A photoelectrochemical immunosensor for detection of α-fetoprotein based on Au-ZnO flower-rod heterostructures | |
| CN116698822A (zh) | Hg2+可视化定量检测装置、制备方法及检测方法 | |
| Feng et al. | Ultrasensitive photoelectrochemical immunosensor for procalcitonin detection with porous nanoarray BiVO4/CuxS platform as advanced signal amplification under anodic bias | |
| Sun et al. | Visible-light-driven renewable photoelectrochemical/synchronous visualized sensing platform based on Ni: FeOOH/BiVO4 photoanode and enzymatic cascade amplification for carcinoembryonic antigen detection | |
| Li et al. | Target-induced in situ formation of organic photosensitizer: a new strategy for photoelectrochemical sensing | |
| CN113588758B (zh) | 一种基于AgBiS2的光电化学传感器检测金黄色葡萄球菌的方法 | |
| CN113092452A (zh) | 一种生物化学传感器的制备方法及应用 | |
| CN110501401B (zh) | 一种基于钼酸铋/锌掺杂硫化镉/金的光电化学免疫传感器的制备方法 | |
| Moreira et al. | Autonomous biosensing device merged with photovoltaic technology for cancer biomarker detection | |
| Xu et al. | A novel photoelectrochemical singal amplification assay for procalcitonin detection based on ZnxBi2S3+ x sensitized NiTiO3 matrix | |
| Jiang et al. | Self-powered photoelectrochemical immunosensor with triple enhanced photoelectric response for sensitive detection of cTnI | |
| Li et al. | A novel photoelectrochemical sensor based on SiNWs@ PDA for efficient detection of myocardial infarction | |
| CN112526135A (zh) | 一种检测前列腺特异性抗原的光电化学生物传感器的制备方法及应用 | |
| CN109709181B (zh) | 一种基于卟啉纳米棒-CdTe量子点阵列检测癌细胞的光致电化学方法 | |
| CN110687176A (zh) | 一种基于锌和钼共掺杂钒酸铋阵列的光电化学己烯雌酚传感器的制备方法 | |
| Chen et al. | A TiO2 mesocrystals triggered signal amplification strategy of photoelectrochemical immunoassay for α-fetoprotein detection based on indirect competitive reaction | |
| CN113984684A (zh) | 一种检测阿尔茨海默症标志物的光电免疫传感器及其制备方法与应用 | |
| CN114047235A (zh) | 基于Cs2AgBiBr6构建的神经元特异性烯醇化酶光电化学传感器的制备方法 |
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 |