铁酸铜/石墨烯量子点复合材料及其制备方法和用图
【技术领域】
[0001]本发明涉及合成一种铁酸铜/石墨烯量子点(CuFe204/GQDs)磁性类似过氧化物酶活性的碳基纳米复合材料及其制备方法和用途，该材料在比色法检测领域中具有很好的应用，尤其适用于比色法检测有机磷农药。
【背景技术】
[0002]近年来，由于农药的大量和广泛的使用，大量农药残留在农产品中，不易分解，通过饮食，最终进入人的体内，农药残留问题给人类的生产和生活带来了巨大的危害，严重影响了消费者的身心健康。因此，有机磷农药残留的检测研究意义重大，研制一种高效、简便、准确、灵敏、低价的农药生物传感器迫在眉睫。
[0003]有机磷农药检测方法理论上大致分为光谱法、酶抑制法、活体生物测定法、色谱法及联用技术等。其中气相色谱(GC)，气相色谱-质谱联用(GC-MS)，高效液相色谱(HPLC)，高效液相色谱一质谱联用等技术手段是检测农药残留的传统的权威方法，但是这些技术手段耗时长、预处理复杂、分析仪器价格昂贵、还需要专业操作人员，不适合田间作业，尤其在紧急情况下。有研究者利用分子印迹电化学传感检测农药，虽然具备较高的专一性，但是预处理复杂，模板分子的制备耗时且移除不尽，对后者农药残留检测有影响。基于酶抑制法制备的农药生物传感器由于酶促反应灵敏迅速，成为农药残留快速检测技术研究热点。酶被抑制后活性的变化通常可以用放射性法、荧光法、电化学、比色法和化学发光法检测，但是除比色法以外这些方法操作流程复杂，耗时，涉及专业的后处理，此外它们还需要复杂昂贵的图像设备和相应的识别的软件。
[0004]基于酶抑制原理的农药比色检测法与上述方法相比，前处理简单，所用设备少，操作简单，技术成熟，成本低廉，能实现快速准确的检测，具备更多的优势。酶抑制比色法检测农药主要分为三个环节，分别是酶抑制反应、显色反应、吸光度测量。酶抑制反应原理是农药抑制乙酰胆碱酶催化底物乙酰胆碱分解生成中间胆碱，胆碱在胆碱氧化酶催化下生成中间产物H2O2(过氧化氢);显色反应原理是前一个反应生成的中间产物H2O2，在过氧化物酶催化下加速氧化底物TMB(3，3’，5，5’-四甲基联苯胺)显色。检测农药的酶抑制比色法主要是把农药对酶的抑制率大小转化为显色反应颜色强弱，通过测量颜色对应的吸光度值来反推酶抑制率大小，进而计算出农药浓度。
[0005]近年来，许多学者探索人工合成纳米材料(类似过氧化物酶材料)，来近似替代过氧化物酶催化显色反应。如利用Fe3O4纳米材料验证类似过氧化物酶特性，农药浓度越大，酶抑制率也越大，反应产生的H2O2越少，显色会越弱，Fe 304具有类似过氧化物酶催化特性，通过催化中间产物H2O2加速氧化底物TMB显色，显色效果更佳，有效地把农药对酶抑制率的大小转化显色反应颜色强弱，成功应用于基于酶抑制法的农药比色检测。虽然上述纳米材料(类过氧化物酶材料)虽然具有类似过氧化物酶催化特性，但是其催化能力还比较弱，显色反应速度慢、显色不明显、吸光度值不够高，会影响农药检测灵敏度和精度。
[0006]本发明涉及合成一种新型类似过氧化酶复合材料，即CuFe204/GQDs，GQDs包裹球状CuFe2O4,增大比表面积，提供了更多的活性中心，使得该材料与上述类过氧化物酶单体材料相比，在农药比色检测的显色反应中，催化性能大大增强，显色速度更快、显色更明显，对应测量的吸光度值更大，更灵敏的反映农药对酶抑制率的大小，有效地提高了农药检测灵敏度和检测极限。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种新型复合材料CuFe204/GQDs，该材料在比色法检测有机磷农药中具有灵敏度高，检测速度快等优点。
[0008]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0009]—种铁酸铜/石墨稀量子点复合材料CuFe204/GQDs，所述CuFe204/GQDs复合材料是由质量比为1:99?10:90的GQDs和CuFe2O4复合而成；5?1nm的所述GQDs纳米颗粒均勾覆盖于所述CuFe2O4颗粒的表面，所述CuFe 204颗粒为直径是50?10nm的球形。
[0010]所述铁酸铜/石墨烯量子点复合材料的制备方法如下:
[0011]步骤1、GQDs的制备:取固体柠檬酸加热熔化，在搅拌下，滴入碱性溶液调节PH为6?8，继续恒温加热，制备成GQDs溶液；
[0012]步骤2、CuFe204的制备:称取CuCl 2.2H20和FeCl3.6H20加溶解到乙二醇中，搅拌均匀，随后加入醋酸钠和聚乙二醇搅拌均匀，恒温热反应，冷却至室温得到黑色产物，离心、清洗、干燥后最终得到CuFe2O4;
[0013]步骤3、CuFe204/GQDs的制备:称取步骤2中制备的CuFe2O4加入到步骤I中制备的GQDs溶液中分散均匀，静置，离心分离得到固体沉淀，清洗，干燥即得到CuFe204/GQDs复合物。
[0014]所述步骤I中，所述碱性溶液为NaOH或KOH溶液，所述熔化温度为150?250 °C。
[0015]所述步骤2中，所述乙二醇溶液中CuCl2.2H20的浓度为6.75?13.5mg/mL，CuCl2.2H20和FeCl3.6H20的物质的量比为1:2,所述醋酸钠的浓度为70?110mg/mL，聚乙二醇的浓度为15?35mg/mL，所述恒温温度为150?250°C，所述恒温时间为6?10h。
[0016]所述铁酸铜/石墨烯量子点复合材料用于比色法检测有机磷农药。
[0017]所述铁酸铜/石墨烯量子点复合材料用于比色法检测有机磷农药，包括如下步骤:
[0018]步骤A、H2O2浓度与反应体系吸光度的对应关系:将含有TMB的磷酸缓冲溶液PBS分别和梯度浓度的H2O2溶液混合均匀反应；然后加入CuFe 204/GQDs分散液，混合均匀并反应，反应后磁性分离反应体系中的CuFe204/GQDs，拍照观察颜色变化，并在652nm波长下分别测量并记录含不同浓度H2O2反应溶液的吸光度，绘制标准曲线；
[0019]步骤B、酶抑制反应和双酶催化反应:取固体乙酰胆碱酯酶AchE与不同浓度的有机磷农药混合液A反应后将农药排掉，将所述排掉农药后的乙酰胆碱酯酶干燥后加入至含有胆碱氧化酶(ChOx)和乙酰胆碱的PBS中，形成混合液B，温育；
[0020]步骤C、有机磷农药的浓度与吸光度的对应关系:将含有TMB和CuFe204/GQDs的PBS,分别加入到步骤B温育后的溶液中混合均匀并反应，反应完成后磁性分离反应体系中的CuFe204/GQDs，拍照观察颜色变化，并在652nm波长下测量反应溶液的吸光度。最后，建立有机磷农药浓度与吸光度的对应关系。[0021 ] 所述步骤A中，所述CuFe204/GQDs分散液体积:磷酸缓冲溶液体积:H2O2溶液体积为1:40: 5，CuFe204/GQDs分散液中CuFe204/GQDs的浓度为2?5mg/mL，磷酸缓冲溶液中TMB的浓度为0.375?0.875mg/mL，H2O2溶液浓度为10 6?10mM ;反应温度为32?38°C，反应时间为10?20min。
[0022]所述步骤B中，所述有机磷农药混合液A与乙酰胆碱酯酶的用量比为200 μ L:0.5mg，所述有机磷农药的浓度为O?10 μ M，所述PBS溶液体积与所述有机磷农药混合液A体积相等，所述PBS溶液中乙酰胆碱的浓度为1.5?4mg/mL，所述PBS溶液中胆碱氧化酶的浓度为1.5?4mg/mL ;所述温育温度为32?38°C，温育时间为10?20min。
[0023]所述步骤C中，所述PBS溶液体积是所述步骤B中混合液B体积的4倍，所述PBS溶液中TMB的浓度为0.375?0.875mg/mL，CuFe204/GQDs分散液中CuFe204/GQDs的浓度为2 ?5mg/mL。
[0024]所述步骤A、B、C中，所述PBS溶液浓度均为1M，pH均为3?5。
[0025]本发明涉及合成一种新型铁酸铜/石墨稀量子点(CuFe204/GQDs)磁性类似过氧化物酶活性的碳基纳米复合材料，并基于酶抑制原理，构建一套对有机磷农药残留的比色检测方法，其特色和优点表述如下:
[0026](I)将CuFe2O4和GQDs采用静电吸附，CuFe 204单体纳米材料中掺杂GQDs，形成的新型复合材料CuFe204/GQDs，GQDs包裹着球状CuFe2O4,具有较大的比表面积，也提供了更多的活性中心；CuFe204和GQDs之间具有协同作用，相比其他的类过氧化物酶材料，具有更高的催化性能。另外，复合材料具有优异的电导率、良好的电子传输性能，催化效