本发明涉及光电化学分析、环境监测与传感
技术领域：
：，具体地说，涉及一种基于钙钛矿量子点和氧化石墨烯同型异质结构的分子印迹光电化学传感器，特别是涉及一种基于cspbbr3/go同型异质结构的分子印迹光电化学传感器及其制备方法和在黄曲霉毒素b1(afb1)检测中的应用。
背景技术：
：：无机cspbx3(x＝i，br，cl)钙钛矿量子点(pqds)具有高光致发光量子产率，窄半峰宽，可调的宽发射光谱和短辐射寿命等特点，因此作为一种新颖光电材料，它们可用于发光二极管、激光、光电探测和背光显示、太阳能电池等领域。然而，由于钙钛矿量子点在水中无法稳定存在，其实际应用范围大大受限。为了改善钙钛矿量子点的水稳定性，有机配体、有机聚合物、二氧化硅、氧化铝等被作为保护层包覆在量子点的表面以提高量子点的水稳定性。尽管材料的包覆可以有效改善钙钛矿量子点在水中的发光稳定性，但是仍然无法满足光电器件实际应用的需求。因此，如何改善钙钛矿量子点的水稳定性使其满足光电器件的实际应用需求，仍然是钙钛矿研究领域的热点和前沿。黄曲霉毒素b1(aflatoxinb1或afb1)是一种致癌性、致突变性强物质，属于黄曲霉毒素之一，对人类健康造成极大威胁，各国对食品中afb1含量均有严格限量标准，因此，对afb1毒素的快速和精准检测是迫切需要的。相比于传统的检测方法，光电化学检测有低背景和高选择性的突出优点，且成本较低，仪器操作简单且易携带，因此光电化学(pec)分析技术在化学和生物学分析中显示出巨大的潜力。基于上述理由，提出本申请。技术实现要素：针对现有技术存在的问题或缺陷，本发明的目的在于提供一种基于cspbbr3/go同型异质结构的分子印迹光电化学传感器及其制备方法和应用。本发明首先将cspbbr3包裹或负载在氧化石墨烯的褶皱里，获得cspbbr3/go复合材料，然后在工作电极表面构建cspbbr3/go同型异质结构，再采用疏水材料作为保护层，最后结合分子印迹技术，成功制备了同型异质结构的分子印迹光电化学(mip-pec)传感器。本发明制备的传感器可用于afb1毒素分析的高选择性、高灵敏度检测。为了实现本发明的上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于cspbbr3/go同型异质结构的分子印迹光电化学传感器，所述传感器由下至上包括依次层叠的工作电极、cspbbr3/go同型异质结构层、疏水层和分子印迹聚合物膜层。进一步地，上述技术方案，所述工作电极优选为ito导电玻璃电极。进一步地，上述技术方案，所述疏水层材料优选采用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)。本发明的第二个目的在于提供上述所述基于cspbbr3/go同型异质结构的分子印迹光电化学传感器的制备方法，所述方法包括如下步骤：首先将cspbbr3/go复合材料涂覆到预处理后的工作电极表面形成cspbbr3/go同型异质结构光电转换层，干燥；然后将疏水层材料涂覆到所述光电转换层表面形成疏水层，干燥；再将含有afb1毒素的分子印迹聚合液涂覆在所述疏水层表面，通过光聚合得到分子印迹聚合物膜，再利用有机溶剂洗脱模板分子，得到本发明所述的基于cspbbr3/go同型异质结构的分子印迹光电化学传感器。进一步地，上述技术方案，所述工作电极的预处理工艺具体是指：将所述电极表面依次用丙酮、乙醇、超纯水超声洗涤后干燥。进一步地，上述技术方案，所述分子印迹聚合液由afb1模板分子、功能单体甲基丙烯酸(maa)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(edma)交联剂和偶氮二异丁腈(aibn)引发剂组成。优选地，上述技术方案，所述甲基丙烯酸、乙二醇二甲基丙烯酸酯和偶氮二异丁腈的摩尔比为8:3:1；所述甲基丙烯酸、乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈三者混合所得混合液与所述分子印迹聚合液的体积比为1：3。优选地，上述技术方案，所述光聚合时间为10～20min，较优选为15min；所述模板洗脱时间为2～5min。进一步地，上述技术方案，所述cspbbr3/go复合材料采用如下方法制得，步骤如下：(a)csoa的制备：按配比将碳酸铯、1-十八烯和油酸混匀后在115～125℃条件下抽真空0.5～1h，然后在惰性氛围中将反应温度升至145～155℃形成光学透明溶液，继续恒温回流0.5～1h后将所得溶液冷却至室温，获得csoa溶液；(b)cspbbr3的制备：按配比将1-十八烯，油胺，油酸和溴化铅混匀后在115～125℃条件下抽真空0.5～1h；然后在惰性氛围中将温度升至175～185℃使溴化铅完全溶解，获得混合溶液；再将步骤(a)制备的csoa溶液注入到所述混合溶液中恒温反应3～10s；反应结束后，冷却至室温，洗涤、离心，获得cspbbr3钙钛矿量子点，最后用有机溶剂将所述cspbbr3钙钛矿量子点溶解配制成合适浓度的cspbbr3溶液；其中：所述csoa与溴化铅的摩尔比为1：2～5；(c)cspbbr3/go的制备：在超声条件下，将氧化石墨烯缓慢加入到步骤(2)制备的cspbbr3溶液中，均匀混合得到cspbbr3/go复合材料；其中：所述氧化石墨烯与cspbbr3的质量比为1：2～10。优选地，上述技术方案，步骤(a)所述碳酸铯、1-十八烯和油酸的用量比为(5～15)mmol：(10～30)ml：(10～30)ml。较优选地，所述碳酸铯、1-十八烯和油酸的用量比为10mmol：20ml：20ml。优选地，上述技术方案，步骤(a)所述csoa溶液的浓度为0.1～1.0m，较优选为0.5m。优选地，上述技术方案，步骤(b)所述1-十八烯、油胺、油酸的体积比为(3～5)：1，较优选为4：1。所述溴化铅与1-十八烯的用量比为(1～3)mmol：20ml；较优选为2mmol：20ml。优选地，上述技术方案，步骤(b)所述csoa与溴化铅的摩尔比为1：4。优选地，上述技术方案，步骤(b)所述cspbbr3溶液浓度为5～15mg/ml，优选为10mg/ml。优选地，上述技术方案，步骤(b)所述的有机溶剂可以为正己烷、正戊烷、环戊烷、甲苯、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)或二甲基亚砜(dmso)等中的任一种，为了获得更好的溶解效果，优选为正己烷。优选地，上述技术方案，步骤(c)所述氧化石墨烯与cspbbr3的质量比为1：5。优选地，上述技术方案，步骤(c)所述氧化石墨烯优选采用将氧化石墨烯水溶液冷冻干燥得到干燥的氧化石墨烯粉末；所述氧化石墨烯溶液的浓度为1～5mg/ml。本发明的第三个目的在于提供上述所述基于cspbbr3/go同型异质结构的分子印迹光电化学传感器的应用，可用于afb1毒素分析检测。本发明还进一步提供了上述所述基于cspbbr3/go同型异质结构的分子印迹光电化学传感器用于afb1毒素分析检测的应用方法，所述方法步骤如下：(i)将所述分子印迹光电化学传感器浸入到含afb1的溶液中孵化15～25min；(ii)孵化结束后，检测分子印迹光电化学传感器的电信号：将所述传感器放入含有抗坏血酸(aa)的溶液中进行电流-时间扫描，得到电流信号变化情况。优选地，上述技术方案步骤(i)所述的孵化时间为20min。优选地，上述技术方案步骤(ii)所述的抗坏血酸浓度为25～35nm，优选为30nm。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：(1)本发明合成了新型cspbbr3钙钛矿量子点，研究了其光学，电学和光电化学性质。(2)本发明在有机相中，通过包裹和负载形成cspbbr3/go同型异质结复合物，调高制备的传感器的光电转换效率。(3)采用pmma的疏水作用对cspbbr3/go同型异质结进行防水保护。(4)本发明通过将分子印迹技术与光电化学分析方法相结合，不仅提高了传感器的选择性，而且还起到了富集分析物的目的。(5)本发明在检测过程中采用较低的偏置电压为0.2v，有效的避免了印迹膜被氧化，有利于保持传感器和信号的稳定，并且通过洗脱和培养，实现传感器的重复利用。(6)本发明的光电化学分析方法实现了对afb1的检测，采用的仪器廉价便携，传感器的制备方法简单易行，信号响应快速，具有较高的灵敏度，检测限低至0.74pg·ml-1。(7)本发明的光电化学分析方法可以用于实际样品检测，并且提供了分子印迹化学传感器的设计思路和制备方法，为开发相似类型的传感器用于识别其他目标分析物的检测提供了技术支持，具有很好的应用前景。附图说明图1为本发明制备基于cspbbr3/go同型异质结构的分子印迹光电化学传感器的过程及应用于检测afb1的过程示意图；其中：mip表示分子印迹聚合液。图2中(a)、(b)、(c)分别为本发明实施例1中制备的cspbbr3量子点的紫外/可见吸收光谱(插图为带隙能量谱图)、荧光发射图谱、透射电镜图；图2中(d)为本发明实施例1中制备的cspbbr3/go异质结构的扫描电镜图。图3为本发明实施例3中分子印迹光电化学传感器对afb1的特异性检测结果图；其中分析物afb1的浓度为1ng/ml，其他物质的浓度为10ng/ml。图4为本发明实施例4传感器检测afb1的重现性和稳定性检测结果图；其中分析物afb1的浓度分别为0.001,0.01,0.1,1,10,100,1000ng/ml。图5为本发明实施例5传感器检测afb1的光电流响应图和相应的线性图；其中afb1的浓度a-h分别为0,0.001,0.01,0.1,1,10,100,1000ng/ml。具体实施方式以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。以下实施例中所使用到的各种试剂、反应条件、检测方法等，除非另有说明，否则视为本领域常规使用的试剂、反应条件和检测方法。由于钙钛矿量子点在水中无法稳定存在，而无法与其他纳米材料相结合使用，因此将钙钛矿量子点和其他材料相结合使用是非常有意义的。虽然钙钛矿量子点无法在水中稳定存在，但是可以用有机溶剂溶解或分散其他的纳米材料，从在有机相中实现钙钛矿量子点和其他纳米材料的结合。基于此，本专利提供了钙钛矿量子点和氧化石墨烯(go)同型异质结构(cspbbr3/go)的制备方法，并利用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)的疏水作用制备了同型异质结构分子印迹光电化学(mip-pec)传感器，用于afb1毒素高选择性、高灵敏分析检测。实施例1cspbbr3和cspbbr3/go的制备，制备过程如下：本发明中使用的cspbbr3是参照了lizhichun等在文献(highlyluminescentandultrastablecspbbr3perovskitequantumdotsincorporatedintoasilica/aluminamonolith,lizhichunetal,angewandtechemieinternationaledition,2017,129,8246－8250)中报道的方法并做了稍微的改动。首先将10mmol的碳酸铯，20ml的1-十八烯和20ml的油酸加入到圆底烧瓶，在120℃下抽真空05至1小时，然后在氩气气流下将反应温度升至150℃以形成光学透明的溶液，回流0.5至1小时后将溶液冷却获得前驱体csoa。然后将20ml的1-十八烯，5ml的油胺，5ml的油酸和2mmol的溴化铅加入到三颈烧瓶中，在120℃下抽真空0.5至1小时；然后在氩气气流下将反应温度升至180℃直到溴化铅完全溶解；接下来将1ml0.5m预热的csoa前体注入制备的溶液中。5秒后，将三颈烧瓶置于冰水浴中并冷却至室温，通过甲苯洗涤及离心获得cspbbr3钙钛矿量子点，并用正己烷配制10mg/ml的cspbbr3溶液。最后在超声的条件下将2mg氧化石墨烯慢慢加入1ml10mg/ml的cspbbr3溶液进行均匀混合得到cspbbr3/go，且得到cspbbr3和cspbbr3/go性质及形貌如图2。其中：图2a显示了cspbbr3钙钛矿量子点具有良好的紫外吸收和窄带隙；2b表明cspbbr3钙钛矿量子点的荧光发射峰在513nm；2c的透射电镜可以看到cspbbr3钙钛矿量子点呈现方块的形貌；2d显示cspbbr3/go的成功制备，cspbbr3钙钛矿量子点夹附在氧化石墨烯的褶皱里面。实施例2分子印迹光电化学传感器的制备，制备过程如下：本发明中使用的分子印迹聚合物膜是参照了maolebao等在文献(molecularlyimprintedphotoelectrochemicalsensorforfumonisinb1basedongo-cdsheterojunction，maolebaoetal，biosens.bioelectron.2019，127，57-63)中的方法。首先取20μl实施例1制备的cspbbr3/go溶液滴涂在洁净的导电玻璃(ito)电极上，并放置空气中干燥；然后再滴加20μlpmma于空气中干燥即可得到修饰电极。接下来在修饰电极上滴加20μl含有原浓度为20mg/mlafb1模板分子，功能单体甲基丙烯酸(maa)，乙二醇二甲基丙烯酸酯(edma)的交联剂和引发剂偶氮二异丁腈(aibn)的聚合液，其中afb1模板分子与功能单体甲基丙烯酸(maa)，乙二醇二甲基丙烯酸酯(edma)的交联剂和引发剂偶氮二异丁腈(aibn)(所述maa、edma、aibn的摩尔比为8:3:1)的体积比为2:1。在紫外光照射15min得到分子印迹聚合物膜，然后在ph＝10的乙醇溶液中洗脱2.5min将模板分子除去，即得到基于cspbbr3/go同型异质结构的分子印迹光电化学传感器。实施例3分子印迹光电化学传感器对afb1的特异性检测，检测过程如下：将实施例2制备好的传感器用大米萃取液中加入不同毒素，如fumonisinb1(fb1)，deoxynivalenol(don)，ochratoxina(ota)，ochratoxinb(otb)，patulin(pat)，zearalenone(zon)，patulin(pat)andaflatoxinb1(afb1)和包含afb1和所有上述毒素加在一起的混合液孵化，结果如图3所示，干扰物质浓度为10ng/ml，afb1浓度为1ng/ml，可以看到，干扰物对传感器的信号采集没有影响，而在加入afb1之后，电流发生了显著变化，且与混合物培养的传感器信号一致，结果表明传感器对afb1有很好的选择性。实施例4分子印迹光电化学传感器对afb1的重现性检测，检测过程如下采用实施例2制备传感器的方法，在五根不同的电极上制备分子印迹传感器，得到五个传感器，然后用不同浓度的afb1(其中分析物afb1的浓度分别为0.001,0.01,0.1,1,10,100,1000ng/ml)孵化，然后进行信号检测。如图4所示，发现不同根电极制备的传感器具有相差不大的信号响应，表明制备传感器的方法具有很好的稳定性和重现性。实施例5传感器对afb1的灵敏度检测用实施例2所获得的基于cspbbr3/go同型异质结的分子印迹光电化学传感器对不同浓度afb1进行灵敏度检测。如图5所示，afb1的浓度从a-h依次为0,0.001,0.01,0.1,1,10,100,1000ng/ml，光电流响应随着afb1浓度的增加而减小，其相应线性关系为δi＝54.16log(c,ng/ml)+211.80，且其检测限低至0.74pg/ml。综上所述，本实施例设计的基于cspbbr3/go同型异质结的分子印迹光电化学传感器，具有选择性好的优点，并且对其他相关的物质具有较强的抗干扰能力，最重要是其可以用来迅速简便地检测食物中的afb1。因此，本发明提供的设计思路和制备方法可能为设计和开发识别其他目标分析物的基于异质结构的分子印迹光电化学传感器提供了巨大帮助。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。当前第1页12当前第1页12