一种基于适配体的重金属镉电化学传感器及其制备方法

1.本发明涉及电化学传感器及其制法，具体为一种基于适配体的重金属镉电化学传感器及其制备方法。


背景技术：

2.镉是一种银白色的重金属，广泛应用于各种工业活动中，如可用来减缓核反应堆内链式裂变反应速率，可用于钢、铁、铜等金属的电镀防腐，可用于制造电容量大体积小的电池，还大量用于制备颜料和荧光粉，镉的化合物还可用于制造光电池。镉的毒性大，工业排出含镉的废水，能够污染河水及农田，被各种鱼虾蟹等水产品以及蔬菜稻米等农作物吸收后，很容易通过食物链转移到人的体内，受镉污染的空气也可通过呼吸道进入人体，蓄积在肝脏和肾脏中，严重危害人体的健康。日本曾因镉中毒而出现“痛痛病”(肾功能不全所引起的骨骼生长代谢受阻)。因此，重金属镉的简单、快速、高灵敏、高选择性检测具有十分重要的意义。
3.用于检测二价镉离子的传统方法主要有石墨炉原子吸收光谱法、原子吸收光谱法、比色法、原子荧光法、电感耦合等离子体发射光谱法以及高校液相色谱法。虽然这些方法的精确度都比较高，但是也有明显的缺点，比如需要昂贵的仪器设备、样品处理比较复杂需要专人操作等不适合实时快速检测。因此，开发一种简单快速高灵敏镉离子检测策略具有重要的意义。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的在于提供一种基于适配体的重金属镉电化学传感器，检测速度快且具有很高的灵敏度。本发明另一个目的是提供该传感器的制备方法。
5.技术方案：本发明所述的基于适配体的重金属镉电化学传感器，首先基于电沉积的方法，在导电玻璃ito表面修饰花状纳米金，以增加传感器比表面积和导电速率，同时基于au
‑
s键合作用，在ito表面连接上巯基化修饰的镉离子适配体，构建镉离子电化学检测传感界面，通过计时电量法计算得到镉离子的吸附量。
6.所述的基于适配体的组胺电化学传感器，所述的镉离子适配体为：
[0007]5’‑
hs
‑
(ch2)6‑
ggactgttgtggtattatttttggttgtgcagtatg
‑3’
。
[0008]
所述的基于适配体的重金属镉电化学传感器的制备方法，包括如下步骤：
[0009]
(1)恒电位电沉积制备花状纳米金修饰电极aunfs/ito；
[0010]
(2)制备适配体/aunfs/ito传感器。
[0011]
所述的制备方法，步骤(1)是将导电玻璃ito用丙酮、乙醇和超纯水依次超声清洗以除去表面污染物，然后在haucl4的水溶液中进行电沉积，沉积之前通n2除去溶解氧，制得花状纳米金修饰电极aunfs/ito。
[0012]
所述的制备方法，步骤(2)是aunfs/ito超纯水洗净后，n2吹干，置于含有适配体的tris
‑
acetate缓冲液中室温下避光孵育，巯基修饰的适配体通过au
‑
s键合作用自组装到
aunfs/ito表面，然后置于mch溶液中浸泡以除去非特异性吸附活性位点，制备的适配体/aunfs/ito分别用pb缓冲液和超纯水润洗后，置于pb缓冲液中保存待用。
[0013]
本发明所述的基于适配体的电化学传感器，可实现对二价镉离子的简单、高灵敏、高选择性快速检测。本发明通过适配体对镉离子的特异性识别，镉离子浓度越高，被吸附到电极表面的金属阳离子cd
2+
也越多，二价镉离子的吸附量可以通过计时电量法(cc)间接测量。由于适配体对镉离子的特异性识别，使得该传感器具有良好的选择性；花状纳米金增加传感界面的比表面积及电子转移速率，放大了电化学信号，使得该传感器具有很高的灵敏度，具体检测原理示意如图1。
[0014]
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：(1)采用镉离子适配体作为识别基团，使得该传感器抗干扰能力强，选择性高。(2)花状纳米金修饰ito，增加了比表面积和电子转移速率，放大电化学信号；使得该传感器具有很高的灵敏度，检测限达到pm级。(3)不需要昂贵的仪器设备，可实现便携化和微型化。(4)该方案操作简单，检测快速，成本低廉。
附图说明
[0015]
图1为检测示意图；
[0016]
图2中(a)是cc检测曲线，cd
2+
浓度分别为0、0.1、10、20、50、100、200、300、450、700nm；(b)是cd
2+
检测的标准化曲线。
具体实施方式
[0017]
实施例1
[0018]
材料：ito，镉离子适配体，tcep(三(2
‑
羧乙基)膦)，mch(6
‑
巯基
‑1‑
己醇)
[0019]
镉离子适配体：
[0020]5’‑
hs
‑
(ch2)6‑
ggactgttgtggtattatttttggttgtgcagtatg
‑3’
[0021]
a、适配体/aunfs/ito传感器的制备
[0022]
①
恒电位电沉积制备aunfs/ito：将导电玻璃ito(5
×
10mm)用丙酮、乙醇和超纯水依次超声清洗20分钟，以除去ito表面可能存在的污染物；然后在浓度为0.5mmhaucl4的水溶液中进行电沉积，沉积之前通n2至少30分钟除去溶解氧，沉积电位为0.3v，沉积时间为1200s，制得花状纳米金修饰电极(aunfs/ito)。
[0023]
②
适配体/aunfs/ito传感器的制备：aunfs/ito超纯水洗净后，n2吹干，置于含有10μm适配体的25mmtris
‑
acetate缓冲液(ph 8.0，添加0.5mm tcep减少二硫键的形成)中室温下避光孵育过夜，巯基修饰的适配体通过au
‑
s键合作用自组装到aunfs/ito表面，然后置于1mm mch溶液中浸泡2小时以除去非特异性吸附活性位点。制备的适配体/aunfs/ito分别用ph 8.0pb和超纯水润洗后，置于10mm pb缓冲液(ph 8.0)中保存在4℃冰箱待用。
[0024]
实施例2
[0025]
二价镉离子的电化学检测
[0026]
镉离子测量原理：计时电量法(cc)测量可用下式表示：
[0027][0028]“n”为k3fe(cn)6还原时的电子转移数(n＝1)
[0029]“f”为法拉第常数
[0030]“a”为电极的面积
[0031]“d
o”为溶液中k3fe(cn)6的有效扩散系数
[0032]
为溶液中k3fe(cn)6的初始浓度(0.5mm of k3fe(cn)6)
[0033]“q
dl”为电极表面吸附的某种氧化态物质(cd
2+
)的双电层电容
[0034]“γ
o”为电极表面k3fe(cn)6的吸附量(此处为0)
[0035]
若将q对t
1/2
作曲线，斜率为常数，nfaγ
o
贡献为0，曲线作切线后的截距代表的是双电层电容量的大小。镉离子浓度越高，吸附在电极表面的量越多，双电层电容越大，cc曲线的截距也越大，以此实现对cd
2+
的定量检测。
[0036]
在适配体/aunfs/ito表面滴加10μl含有不同浓度cd
2+
的pb缓冲液(10mm,ph8.0)，反应15分钟后，用pb缓冲液润洗2遍，除去非特异性吸附的镉离子。以此电极为工作电极，铂丝电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在含有0.5mm of k3fe(cn)6的0.4m kno3中进行计时电量法测量(0.5v～
‑
0.1v)，该传感器的检测结果如图2，标准曲线为y＝q
‑
q0＝0.1854lnc+0.4752，r2＝0.9755，检测限为7.7
×
10
‑
11
mol/l。