一种基于铜掺杂纳米光电材料的光电化学己烯雌酚传感器的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种光电化学己烯雌酚传感器的制备方法。属于新型纳米功能材料与生物传感器技术领域。本发明首先制备了一种新型二维纳米光电材料——铜掺杂纳米光电材料，即铜掺杂二氧化钛纳米方块原位复合二硫化钼的二维纳米复合材料Cu?TiO2/MoS2，利用该材料的良好的生物相容性和大的比表面积，负载上己烯雌酚抗体、固定上碱性磷酸酶，在进行检测时，由于碱性磷酸酶可以催化L?抗坏血酸?2?磷酸三钠盐AAP原位产生L?抗坏血酸AA，并进而为光电检测提供电子供体，再利用抗体与抗原的特异性定量结合对电子传输能力的影响，使得光电流强度相应降低，最终实现了采用无标记的光电化学方法检测己烯雌酚的光电传感器的构建。
【专利说明】
一种基于铜掺杂纳米光电材料的光电化学己烯雌酚传感器的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种光电化学己稀雌酸传感器的制备方法。属于新型纳米功能材料与生物传感器技术领域。
【背景技术】
[0002]环境雌激素是指一类进入机体后，具有干扰体内正常内分泌物质的合成、释放、运输、结合、代谢等过程，激活或抑制内分泌系统的功能，从而破坏维持机体稳定性和调控作用的化合物，环境雌激素种类繁多，包括人工合成化合物及植物天然雌激素，广泛分布于自然界中。己烯雌酚便是一种人工合成的非留体雌激素物质。目前，检测己烯雌酚的方法主要有色谱法、质谱法等。此类方法仪器贵重、操作复杂，化验人员需要专业培训后才能进行检测。因此，研发成本低、检测快、灵敏度高、特异性强的己烯雌酚传感器具有重要意义。
[0003]光电化学传感器由于灵敏度高、检测成本低等特点，近几年被越来越多的研究者所关注。光电化学传感器是基于外加光源激发光电敏感材料导致电子-空穴对进行分离，在合适的偏电位条件下，实现电子在电极、半导体及修饰物和分析物上的快速传递，并形成光电流。在最优条件下，分析物浓度的变化会直接影响光电流的大小，再利用生物免疫结合，就可以根据光电流的变化实现对分析物的定性定量分析。
[0004]光电化学传感器最关键技术就是对光电流的大小及稳定性等性能的提高。二氧化钛是应用最为广泛的一种光催化剂和光生电子基质材料，然而，要充分发挥二氧化钛的实际应用水平，需要一方面通过调控其材料形貌以暴露更多高活性晶面来提高光电化学活性，另一方面通过掺杂不同金属或金属氧化物调控光敏波长向可见光范围扩展来提高太阳光的利用率。由于二维二氧化钛纳米材料，如二氧化钛纳米片、二氧化钛纳米方块等，能够暴露更多的高活性晶面，具有更高的光电化学活性，二氧化钛纳米片具有比纳米粒子更好地应用前景，对于二氧化钛纳米片的研究也备受关注。而单一的二氧化钛纳米材料的光敏波长一般在紫外区，而且由于分散性差、易堆叠而互相影响，从而降低光电化学活性，不利于实际应用。因此，研发成本低、制备简单的高光电化学活性的二氧化钛光敏剂具有重要的科学意义和应用价值。
[0005]二硫化钼(化学式为MoS2)纳米材料，具有二维层状结构，是应用最广泛的固体润滑剂之一。其剥离后的片状二维纳米材料，是性能优异的半导体纳米材料，除了具有大的比表面积，可以作为催化剂和生物抗体的载体，提高负载量，同时作为助催化剂也具有优良的电子传递性能。
[0006]目前，大多数的合成手段都是分开合成后，再将催化剂与载体进行复合，过程繁琐，产率不高。因此，对于原位复合制备具有优良光电化学性能的光敏剂具有广泛的应用前景和重要的科学意义。
[0007]此外，单一的二氧化钛纳米材料的光生电子-空穴对易复合，从而导致光电信号的减弱，并且二氧化钛导电性差也限制了由单一二氧化钛纳米材料构建的光电化学传感器的灵敏度普遍不高，不利于实际应用。因此，设计、制备高效、稳定的掺杂二氧化钛纳米片及其修饰物是制备光电化学传感器的关键技术。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种制备简单、灵敏度高、检测快速、特异性强的光电化学己烯雌酚传感器的制备方法，所制备的传感器，可用于己烯雌酚的快速、灵敏检测。基于此目的，本发明首先制备了一种新型二维纳米光电材料——铜掺杂纳米光电材料，即铜掺杂二氧化钛纳米方块原位复合二硫化钼的二维纳米复合材料Cu-Ti02/MoS2，利用该材料的良好的生物相容性和大的比表面积，负载上己烯雌酚抗体、固定上碱性磷酸酶，在进行检测时，由于碱性磷酸酶可以催化L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐AAP原位产生L-抗坏血酸AA，并进而为光电检测提供电子供体，再利用抗体与抗原的特异性定量结合对电子传输能力的影响，使得光电流强度相应降低，最终实现了采用无标记的光电化学方法检测己烯雌酚的光电传感器的构建。
[0009]本发明采用的技术方案如下:
1.一种基于铜掺杂纳米光电材料的光电化学己稀雌酸传感器的制备方法，其特征在于所述的铜掺杂纳米光电材料为铜掺杂二氧化钛纳米方块原位复合二硫化钼的二维纳米复合材料Cu-T 1O2/M0S2，所述的光电化学己稀雌酸传感器由工作电极、Cu-T i O2/M0S2、己烯雌酚抗体、碱性磷酸酶、牛血清白蛋白组成；
其特征在于，所述的制备方法包括以下制备步骤:
a.制备Cu-Ti02/MoS2;
b.制备光电化学己烯雌酚传感器；
其中，步骤a制备Cu-Ti02/MoS2的具体步骤为:
(1)取0.6g 二硫化钼粉末和0.2 - 2.0 mmol铜盐共同加入到3?10 mL正丁基锂溶液中，在氮气保护和30?60 °(:下，搅拌12?48小时，得到反应后的溶液；
(2)利用非极性溶剂洗涤步骤(I)中反应后的溶液，然后在30?60°(:下进行水浴超声处理，处理完后，再利用非极性溶剂洗涤处理后的溶液，真空干燥，得到铜插层的二硫化钼纳米材料；
(3)取10?500mg步骤(2)制得的铜插层的二硫化钼纳米材料加入到5 mL钛酸四丁酯中，搅拌I小时后，边搅拌边缓慢加入0.5?0.8 mL氢氟酸，然后160?200 °C下在反应釜中反应18?24小时;
(4)将步骤(3)所得的反应产物，用超纯水和无水乙醇离心洗涤三次后，50°(:下真空干燥，即制得 Cu-Ti02/MoS2;
所述的正丁基锂溶液为正丁基锂的己烷溶液，浓度为1.6 mol/L;
所述的铜盐选自下列之一:硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、乙酸铜、有机铜化合物；
所述的非极性溶剂选自下列之一:己烷、环己烷、四氯化碳、苯、甲苯；
所述的水浴超声处理，处理时间为I小时；
步骤b制备光电化学己烯雌酚传感器的具体步骤为:
(I)以ITO导电玻璃为工作电极，在电极表面滴涂8?12 uL的Cu-Ti02/MoS2溶胶，室温下晾干； (2)将步骤(I)中得到的电极用缓冲溶液PBS清洗，继续在电极表面滴涂8?12pL 10 μg/mL的己烯雌酚抗体溶液，4 0C冰箱中保存晾干；
(3)将步骤(2)中得到的电极用PBS清洗，继续在电极表面滴涂6?10pL浓度为20 pg/mL的碱性磷酸酶溶液，4 0C冰箱中保存晾干；
(4)将步骤(3)中得到的电极用PBS清洗，继续在电极表面滴涂8?12pL浓度为100 pg/mL的牛血清白蛋白溶液，4 0C冰箱中保存晾干；
(5)将步骤(4)中得到的电极用PBS清洗，在4°C冰箱中保存晾干后，即制得光电化学己烯雌酚传感器；
所述的Cu-Ti02/MoS2溶胶为将50 mg的Cu_Ti02/MoS2粉末溶于10 mL超纯水中，并超声30 min后制得的水溶胶；
所述的PBS为10 mmol/L的磷酸盐缓冲溶液，所述的磷酸盐缓冲溶液的pH值为7.4。
[0010]2.本发明所述的制备方法所制备的光电化学己烯雌酚传感器的应用，其特征在于，包括如下应用步骤:
a.标准溶液配制:配制一组包括空白标样在内的不同浓度的己烯雌酚标准溶液；
b.工作电极修饰:将如权利要求1所述的制备方法所制备的光电化学己烯雌酚传感器为工作电极，将步骤b中配制的不同浓度的己烯雌酚标准溶液分别滴涂到工作电极表面，40C冰箱中保存；
c.工作曲线绘制:将饱和甘汞电极作为参比电极，铂丝电极作为辅助电极，与步骤b所修饰好的工作电极组成三电极系统，连接到光电化学检测设备上；在电解槽中先后加入15mL pH=9.6的Tris-HCl缓冲溶液和5 mL 10 mmol/L的L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐AAP溶液;采用i_t测试手段，根据所得的光电流值与己烯雌酚标准溶液浓度之间的关系，绘制工作曲线；
d.己烯雌酚的检测:用待测样品代替步骤a中的己烯雌酚标准溶液，按照步骤b和c中的方法进行检测，根据响应信号的强度值和工作曲线，得到待测样品中己烯雌酚的含量。
[0011]本发明的有益成果
(1)本发明所述的光电化学己烯雌酚传感器制备简单，操作方便，实现了对样品的快速、灵敏、高选择性检测，并且成本低，可应用于便携式检测，具有市场发展前景；
(2)本发明首次采用原位复合的方法制备了新型光催化剂Cu-Ti02/MoS2，该方法主要有三个优势:一是，由于铜在二氧化钛纳米方块上的原位生长而充分与二氧化钛纳米方块接触，利用铜的金属表面等离子体作用，有效阻止了光生电子-空穴对的复合，极大地提高了光催化活性，由于金属离子的作用，拓宽了光敏波长地范围，实现了在可见光区地光催化作用，极大地提高了太阳光地利用效率，解决了二维二氧化钛纳米材料虽然光催化效果好，但是在太阳光照射下光催化效果差的技术问题;二是，由于二硫化钼片状二维纳米材料的负载特性和二氧化钛纳米方块在其上的充分分散，极大地增大了二氧化钛纳米方块的光催化活性和解决了二维二氧化钛纳米材料不利于分散而降低光催化活性的技术问题;三是，由于铜离子在该过程中既作为插层材料又作为反应掺杂材料，最后采用原位复合的方法实现了该复合材料的一锅制备，不但节省了时间、材料损耗，而且使得制备的铜掺杂的二氧化钛纳米方块能够更好地均匀分散到二硫化钼片状二维纳米材料上面。因此，该材料的有效制备，具有重要的科学意义和应用价值； (3)本发明首次将Cu-Ti02/MoS2应用于光电化学生物传感器的制备中，显著提高了光生载流子的有效浓度，大大提高了光电化学传感器的检测灵敏度，使得光电化学生物传感器实现了在实际工作中的应用;该材料的应用，也为相关生物传感器，如电致化学发光传感器、电化学传感器等提供了技术参考，具有广泛的潜在使用价值。
【具体实施方式】
[0012]实施例1Cu-Ti02/MoS2 的制备
(1)取0.6g二硫化钼粉末和0.2 mmol铜盐共同加入到3mL正丁基锂溶液中，在氮气保护和60 V下，搅拌12小时，得到反应后的溶液；
(2)利用非极性溶剂洗涤步骤(I)中反应后的溶液，然后在60°(:下进行水浴超声处理，处理完后，再利用非极性溶剂洗涤处理后的溶液，真空干燥，得到铜插层的二硫化钼纳米材料；
(3)取500mg步骤(2)制得的铜插层的二硫化钼纳米材料加入到5 mL钛酸四丁酯中，搅拌I小时后，边搅拌边缓慢加入0.5 mL氢氟酸，然后160 °C下在反应釜中反应18小时；
(4)将步骤(3)所得的反应产物，用超纯水和无水乙醇离心洗涤三次后，50°(:下真空干燥，即制得 Cu-Ti02/MoS2;
所述的正丁基锂溶液为正丁基锂的己烷溶液，浓度为1.6 mol/L;
所述的铜盐为硫酸铜；
所述的非极性溶剂为己烷；
所述的水浴超声处理，处理时间为I小时。
[0013]实施例2Cu-Ti02/MoS2 的制备
(1)取0.6g二硫化钼粉末和1.0 mmol铜盐共同加入到5 mL正丁基锂溶液中，在氮气保护和30 V下，搅拌24小时，得到反应后的溶液；
(2)利用非极性溶剂洗涤步骤(I)中反应后的溶液，然后在30°(:下进行水浴超声处理，处理完后，再利用非极性溶剂洗涤处理后的溶液，真空干燥，得到铜插层的二硫化钼纳米材料；
(3)取200mg步骤(2)制得的铜插层的二硫化钼纳米材料加入到5 mL钛酸四丁酯中，搅拌I小时后，边搅拌边缓慢加入0.6 mL氢氟酸，然后180 °C下在反应釜中反应20小时；
(4)将步骤(3)所得的反应产物，用超纯水和无水乙醇离心洗涤三次后，50°(:下真空干燥，即制得 Cu-Ti02/MoS2;
所述的正丁基锂溶液为正丁基锂的己烷溶液，浓度为1.6 mol/L;
所述的铜盐为氯化铜；
所述的非极性溶剂为四氯化碳；
所述的水浴超声处理，处理时间为I小时。
[0014]实施例3Cu-Ti02/MoS2 的制备
(1)取0.6g二硫化钼粉末和2.0 mmol铜盐共同加入到10 mL正丁基锂溶液中，在氮气保护和50 V下，搅拌48小时，得到反应后的溶液；
(2)利用非极性溶剂洗涤步骤(I)中反应后的溶液，然后在50°(:下进行水浴超声处理，处理完后，再利用非极性溶剂洗涤处理后的溶液，真空干燥，得到铜插层的二硫化钼纳米材料；
(3)取10mg步骤(2)制得的铜插层的二硫化钼纳米材料加入到5 mL钛酸四丁酯中，搅拌I小时后，边搅拌边缓慢加入0.8 mL氢氟酸，然后200 °C下在反应釜中反应24小时；
(4)将步骤(3)所得的反应产物，用超纯水和无水乙醇离心洗涤三次后，50°(:下真空干燥，即制得 Cu-Ti02/MoS2;
所述的正丁基锂溶液为正丁基锂的己烷溶液，浓度为1.6 mol/L;
所述的铜盐为乙酸铜；
所述的非极性溶剂为苯；
所述的水浴超声处理，处理时间为I小时。
[0015]实施例4光电化学己烯雌酚传感器的制备方法
(1)将宽为ICm、长为4 Cm的ITO导电玻璃作为工作电极，在电极表面滴涂8 yL的Cu-Ti02/MoS2溶胶，室温下晾干；
(2)将步骤(I)中得到的电极用缓冲溶液PBS清洗，继续在电极表面滴涂8uL 10 pg/mL的己烯雌酚抗体溶液，4 0C冰箱中保存晾干；
(3)将步骤(2)中得到的电极用PBS清洗，继续在电极表面滴涂8uL浓度为100 pg/mL的牛血清白蛋白溶液，4 0C冰箱中保存晾干；
(4)将步骤(3)中得到的电极用PBS清洗，继续在电极表面滴涂6uL浓度为20 yg/mL的碱性磷酸酶溶液，4 0C冰箱中保存晾干；
(5)将步骤(4)中得到的电极用PBS清洗，在4°C冰箱中保存晾干后，即制得光电化学己烯雌酚传感器；
所述的Cu-Ti02/MoS2溶胶为将50 mg的实施例1所制备的Cu_Ti02/MoS2粉末溶于10 mL超纯水中，并超声30 min后制得的水溶胶；
所述的PBS为10mmol/L的磷酸盐缓冲溶液，所述的磷酸盐缓冲溶液的pH值为7.4。
[0016]实施例5光电化学己烯雌酚传感器的制备方法
所有制备步骤同实施例4，只有步骤中使用的Cu-Ti02/MoS2为实施例2所制备的Cu-Ti02/MoS2。
[0017]实施例6光电化学己烯雌酚传感器的制备方法
所有制备步骤同实施例4，只有步骤中使用的Cu-Ti02/MoS2为实施例3所制备的Cu-Ti02/MoS2。
[0018]实施例7实施例1和3制备的光电化学己烯雌酚传感器，应用于己烯雌酚的检测，步骤如下:
(1)标准溶液配制:配制一组包括空白标样在内的不同浓度的己烯雌酚标准溶液；
(2)工作电极修饰:将如权利要求1所述的制备方法所制备的光电化学己烯雌酚传感器为工作电极，将步骤(I)中配制的不同浓度的己烯雌酚标准溶液分别滴涂到工作电极表面，4 0C冰箱中保存；
(3)工作曲线绘制:将饱和甘汞电极作为参比电极，铂丝电极作为辅助电极，与步骤(2)所修饰好的工作电极组成三电极系统，连接到光电化学检测设备上;在电解槽中先后加入15mL pH=9.6的Tris-HCl缓冲溶液和5 mL 10 mmol/L的L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐AAP溶液;采用i_t测试手段，根据所得的光电流值与己烯雌酚标准溶液浓度之间的关系，绘制工作曲线；己稀雌酸的线性检测范围为:0.002?200 ng/mL，检出限为:0.8 pg/mL；
(4)实际样品检测:用待测样品代替步骤(I)中的己烯雌酚标准溶液，按照步骤(2)和
(3)中的方法进行检测，根据响应信号的强度值和工作曲线，得到待测样品中己烯雌酚的含量。
[0019]实施例8实施例2和4制备的光电化学己烯雌酚传感器，应用于己烯雌酚的检测，步骤如下:
(1)标准溶液配制:配制一组包括空白标样在内的不同浓度的己烯雌酚标准溶液；
(2)工作电极修饰:将如权利要求1所述的制备方法所制备的光电化学己烯雌酚传感器为工作电极，将步骤(I)中配制的不同浓度的己烯雌酚标准溶液分别滴涂到工作电极表面，4 0C冰箱中保存；
(3)工作曲线绘制:将饱和甘汞电极作为参比电极，铂丝电极作为辅助电极，与步骤(2)所修饰好的工作电极组成三电极系统，连接到光电化学检测设备上;在电解槽中先后加入15mL pH=9.6的Tris-HCl缓冲溶液和5 mL 10 mmol/L的L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐AAP溶液;采用i_t测试手段，根据所得的光电流值与己烯雌酚标准溶液浓度之间的关系，绘制工作曲线；己稀雌酸的线性检测范围为:0.002?200 ng/mL，检出限为:0.8 pg/mL；
(4)实际样品检测:用待测样品代替步骤(I)中的己烯雌酚标准溶液，按照步骤(2)和
(3)中的方法进行检测，根据响应信号的强度值和工作曲线，得到待测样品中己烯雌酚的含量。
[0020]实施例9实施例3和6制备的光电化学己烯雌酚传感器，应用于己烯雌酚的检测，步骤如下:
(1)标准溶液配制:配制一组包括空白标样在内的不同浓度的己烯雌酚标准溶液；
(2)工作电极修饰:将如权利要求1所述的制备方法所制备的光电化学己烯雌酚传感器为工作电极，将步骤(I)中配制的不同浓度的己烯雌酚标准溶液分别滴涂到工作电极表面，4 0C冰箱中保存；
(3)工作曲线绘制:将饱和甘汞电极作为参比电极，铂丝电极作为辅助电极，与步骤(2)所修饰好的工作电极组成三电极系统，连接到光电化学检测设备上;在电解槽中先后加入15mL pH=9.6的Tris-HCl缓冲溶液和5 mL 10 mmol/L的L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐AAP溶液;采用i_t测试手段，根据所得的光电流值与己烯雌酚标准溶液浓度之间的关系，绘制工作曲线；己稀雌酸的线性检测范围为:0.002?200 ng/mL，检出限为:0.8 pg/mL；
(4)实际样品检测:用待测样品代替步骤(I)中的己烯雌酚标准溶液，按照步骤(2)和
(3)中的方法进行检测，根据响应信号的强度值和工作曲线，得到待测样品中己烯雌酚的含量。
【主权项】
1.一种基于铜掺杂纳米光电材料的光电化学己烯雌酚传感器的制备方法，其特征在于所述的铜掺杂纳米光电材料为铜掺杂二氧化钛纳米方块原位复合二硫化钼的二维纳米复合材料Cu_Ti02/MoS2，所述的光电化学己稀雌酸传感器由工作电极、Cu_Ti02/MoS2、己稀雌酚抗体、碱性磷酸酶、牛血清白蛋白组成。2.如权利要求1所述的基于铜掺杂纳米光电材料的光电化学己烯雌酚传感器的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下两个制备步骤: a.制备Cu-Ti02/MoS2; b.制备光电化学己烯雌酚传感器。3.如权利要求1和2所述的基于铜掺杂纳米光电材料的光电化学己烯雌酚传感器的制备方法，其特征在于，所述的Cu-Ti02/MoS2的具体制备步骤为: (1)取0.6g二硫化钼粉末和0.2 - 2.0 mmol铜盐共同加入到3?10 mL正丁基锂溶液中，在氮气保护和30?60 °(:下，搅拌12?48小时，得到反应后的溶液； (2)利用非极性溶剂洗涤步骤(I)中反应后的溶液，然后在30?60°(:下进行水浴超声处理，处理完后，再利用非极性溶剂洗涤处理后的溶液，真空干燥，得到铜插层的二硫化钼纳米材料； (3)取10?500mg步骤(2)制得的铜插层的二硫化钼纳米材料加入到5 mL钛酸四丁酯中，搅拌I小时后，边搅拌边缓慢加入0.5?0.8 mL氢氟酸，然后160?200 °C下在反应釜中反应18?24小时; (4)将步骤(3)所得的反应产物，用超纯水和无水乙醇离心洗涤三次后，50°(:下真空干燥，即制得 Cu-Ti02/MoS2; 所述的正丁基锂溶液为正丁基锂的己烷溶液，浓度为1.6 mol/L； 所述的铜盐选自下列之一:硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、乙酸铜、有机铜化合物； 所述的非极性溶剂选自下列之一:己烷、环己烷、四氯化碳、苯、甲苯； 所述的水浴超声处理，处理时间为I小时。4.如权利要求1和2所述的基于铜掺杂纳米光电材料的光电化学己烯雌酚传感器的制备方法，其特征在于，所述的光电化学己烯雌酚传感器的具体制备步骤为: (1)以ITO导电玻璃为工作电极，在电极表面滴涂8?12uL的Cu-Ti02/MoS2溶胶，室温下晾干； (2)将步骤(I)中得到的电极用缓冲溶液PBS清洗，继续在电极表面滴涂8?12pL 10 μg/mL的己烯雌酚抗体溶液，4 0C冰箱中保存晾干； (3)将步骤(2)中得到的电极用PBS清洗，继续在电极表面滴涂6?10pL浓度为20 pg/mL的碱性磷酸酶溶液，4 0C冰箱中保存晾干； (4)将步骤(3)中得到的电极用PBS清洗，继续在电极表面滴涂8?12pL浓度为100 pg/mL的牛血清白蛋白溶液，4 0C冰箱中保存晾干； (5)将步骤(4)中得到的电极用PBS清洗，在4°C冰箱中保存晾干后，即制得光电化学己烯雌酚传感器； 所述的Cu-Ti02/MoS2溶胶为将50 mg的Cu_Ti02/MoS2粉末溶于10 mL超纯水中，并超声.30 min后制得的水溶胶； 所述的PBS为10 mmol/L的磷酸盐缓冲溶液，所述的磷酸盐缓冲溶液的pH值为7.4。
【文档编号】G01N27/26GK106018514SQ201610526870
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】张勇, 孙旭, 魏琴, 李燕, 马洪敏
【申请人】济南大学