一种基于Ti3C2的纳米复合材料及其制备方法与应用

本发明涉及电化学，尤其是涉及一种基于ti3c2的纳米复合材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、吲哚乙酸(indoleacetic acid，iaa)作为一种重要的植物激素，其影响细胞分裂、伸长和分化，也影响营养器官和生殖器官的生长、成熟和衰老。研究发现，吲哚乙酸能够促进植物及果实的生长发育，并富集于植物体内快速分裂和生长的部位，比如茎叶分生组织、幼嫩的叶片组织、幼嫩的果实和种子。基于此，由于吲哚乙酸在植物生长调控中发挥着重要作用，使得其在农业生产中得到了广泛的应用。随着技术的进步，在吲哚乙酸的检测方法中，电化学生物传感器因其具有简单迅速、灵敏度高、选择性好等优点越来越受到关注。

2、目前，已报道利用aunps/hrp/igg(纳米金/抗体/免疫球蛋白g)功能化的金纳米颗粒作为信号扩增探针和aunps/pg/gce纳米复合材料修饰电极可以检测较低浓度的iaa。但由于iaa在植物组织中的含量低，对光、温度、氧化剂等外界条件敏感，加上植物组织中的复杂代谢物的干扰，使得现有的探针或修饰电极并不能高灵敏、高选择地检测iaa。

3、基于此，亟需一种新型电化学敏感元件来构建高灵敏、高选择电化学生物传感器用于检测iaa。

技术实现思路

1、本发明所要解决的第一个技术问题是：

2、提供一种基于ti3c2的纳米复合材料。

3、本发明所要解决的第二个技术问题是：

4、提供一种所述基于ti3c2的纳米复合材料的制备方法。

5、本发明所要解决的第三个技术问题是：

6、所述基于ti3c2的纳米复合材料的应用。

7、本发明还提出一种修饰电极，包括电极和修饰在电极上的材料，其中，修饰在电极上的材料包括所述的一种基于ti3c2的纳米复合材料。

8、为了解决所述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：

9、一种基于ti3c2的纳米复合材料，包括以下组分：

10、ti3c2、还原型氧化石墨烯、β-环糊精-金属有机骨架材料、iaa抗体和粘黏剂。

11、根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：

12、1.碳化钛(ti3c2)是二维过渡金属碳化物和氮化物材料(mxenes)家族重要组成之一，ti3c2具有独特的二维层状结构，使其容易在电极上密集堆积，在本发明中，将ti3c2作为模板材料，用于组装基于ti3c2的纳米复合材料，从而实现对iaa的高灵敏检测。

13、2.ti3c2和还原型氧化石墨烯具有相似的层状结构和表面化学性质，以及之间的ti-o-c共价键较强的界面相互作用，ti3c2和rgo构建的三维异质结构能有效的改善ti3c2和rgo的聚集，进一步增强所述基于ti3c2的纳米复合材料的稳定性，从而实现对iaa的稳定性检测。

14、3.β-环糊精(β-cyclodextrin，β-cd)具有疏水内部的环形形式腔和亲水外侧；金属有机骨架材料(metal organic framework material，mofs)为混合多孔材料的金属离子或金属离子团簇；在本发明中，将β-环糊精-金属有机骨架材料进行组合，以提高其多孔结构和高载能力，从而负载上ti3c2、还原型氧化石墨烯和iaa抗体等材料。

15、4.粘黏剂的添加，主要用于固定iaa抗体。

16、5.本发明的所述基于ti3c2的纳米复合材料，对iaa具有极佳的特异性，能够实现对iaa的高灵敏和高稳定性检测，至少可以实现iaa浓度从0.01-10ng/ml的检测，且检出限达到了2.88pg/ml(s/n＝3)。

17、根据本发明的一种实施方式，所述β-环糊精-金属有机骨架材料中，以β-环糊精作为有机配体、以金属离子作为中心离子，其中，金属离子包括钾离子和钠离子中的至少一种。对于本发明，金属有机骨架材料的作用主要体现在多孔结构和高载能力，基于此，对于金属有机骨架材料中的中心离子的选择，可以根据需要进行选择，以选择出具有特定功能的离子，以离子本身具有的性质来赋予金属有机骨架材料同等的性质。

18、根据本发明的一种实施方式，所述粘黏剂包括戊二醇和壳聚糖。其中，戊二醇主要用于固定抗体，壳聚糖一方面用于粘黏纳米材料剂，另一方面用于固定戊二醇。对于本发明，由于戊二醇和壳聚糖的作用主要体现在作为粘黏剂，基于此，从具体实施中而言，戊二醇和壳聚糖可以以具有粘黏剂效用且适用于生物传感器的进行平行替代。

19、根据本发明的一种实施方式，所述ti3c2和还原型氧化石墨烯的质量比为10-20：2-4。

20、根据本发明的一种实施方式，在所述基于ti3c2的纳米复合材料中，ti3c2、还原型氧化石墨烯和β-环糊精-金属有机骨架材料的总质量与iaa抗体质量之比为12-24：6-12。

21、根据本发明的一种实施方式，还提供一种修饰电极，包括电极和修饰在电极上的材料，其中，修饰在电极上的材料包括如所述的一种基于ti3c2的纳米复合材料。

22、根据本发明的一种实施方式，所述修饰在电极上的材料还包括牛血清白蛋白。牛血清白蛋白(bsa)对修饰电极表面多余吸附位点进行封闭。对于本发明，牛血清白蛋白可以替换为其它相似的材料，如巯基己醇(mch)和1,6-己硫醇(dht)，从具体实施中而言，只要具有封闭电极位点的材料，都可以进行平行替代。

23、根据本发明的一种实施方式，所述修饰电极，基底电极可以为玻碳电极、金电极和铂电极，也可以根据需要选择任一电极作为修饰电极的基底电极。

24、根据本发明的一种实施方式，修饰电极的制备，包括以下步骤：取20-40μl 5-10mg/mlβ-cd-mofs/rgo/ti3c2复合纳米材料和10-20μl 6-12mg/ml壳聚糖(chitosan，cs)超声混匀，取6-12μl cs和β-cd-mofs/rgo/ti3c2混合溶液滴涂于电极表面，红外烘干，滴加6-12μl 2.5-5％的戊二醛(glutaraldehyde，ga)(用ph约等于7.4，10-20mm pbs稀释)于修饰电极上反应2-4h，用ddh2o清洗，晾干备用，得到修饰电极。

25、根据本发明的一种实施方式，修饰电极的制备，还包括以下步骤：滴加6-12μl 1-2mg ml-1的anti-iaa于ti3c2的修饰电极表面，于3-4℃温度下孵育过夜。再加入0.5-1.5mg/ml的牛血清白蛋白(bsa)对修饰电极表面多余吸附位点进行封闭，3-4℃温育40-60min后重新清洗干燥即得修饰了抗体iaa的修饰电极。

26、为了解决所述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：

27、一种制备所述基于ti3c2的纳米复合材料的方法，包括以下步骤：

28、s1混合ti3c2和还原型氧化石墨烯，制得ti3c2-rgo复合材料；混合β-环糊精与金属材料，制得β-环糊精-金属有机骨架材料；

29、s2混合ti3c2-rgo复合材料、β-环糊精-金属有机骨架材料与粘黏剂，得到复合纳米材料；

30、s3在干燥的复合纳米材料表面添加上iaa抗体，得到所述基于ti3c2的纳米复合材料。

31、根据本发明的一种实施方式，步骤s3中，还包括以下步骤：在干燥的复合纳米材料表面添加上iaa抗体后，先于3-4℃温度下孵育过夜，随后添加牛血清白蛋白，并于3-4℃中温育。

32、根据本发明的一种实施方式，步骤s1中，制备ti3c2-rgo复合材料包括以下步骤：称取10-20mg ti3c2和2-4mg rgo溶于10-20ml ddh2o中，涡旋混匀，后进行超声混合。经离心、洗涤、真空干燥得到ti3c2-rgo复合材料。

33、根据本发明的一种实施方式，步骤s1中，制备β-环糊精-金属有机骨架材料包括以下步骤：将2-4gβ-cd和0.1-2g koh溶于40-60ml超纯水中，得到β-cd和koh的混合物，然后过滤。后将甲醇蒸发到上述混合物中。3-7天后容器底部出现白色结晶，将β-cd-mofs洗涤后的湿样品放入真空烘箱中干燥。

34、根据本发明的一种实施方式，步骤s2中，还包括β-cd-mofs/rgo/ti3c2复合纳米材料的合成，具体包括以下步骤：将3-6mg rgo/ti3c2和3-6mgβ-cd-mofs溶于1-2ml ddh2o，涡旋混匀，后超声混合，得到β-cd-mofs/rgo/ti3c2复合纳米材料。

35、本发明的另一个方面，还涉及所述基于ti3c2的纳米复合材料在制备电化学传感器中的应用。包括如上述第1方面实施例所述的基于ti3c2的纳米复合材料。由于该应用采用了上述基于ti3c2的纳米复合材料的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

36、根据本发明的一种实施方式，所述电化学传感器中，工作电极为所述基于ti3c2的纳米复合材料修饰的识别电极，参比电极为ag/agcl电极，辅助电极为铂丝。以fe(cn)63-/4-作为探针。其中，iaa抗体免疫结合iaa直接降低fe(cn)63-/4-dpv峰电流，实现对iaa的高灵敏检测。

37、根据本发明的一种实施方式，所述电化学传感器中，电化学测量均在10-20mm 5-10mm fe(cn)63-/4-的pbs溶液中进行。利用dpv的fe(cn)63-/4-峰值电流降低对iaa进行检测。以10-20μl不同浓度的iaa 10-20mm pbs溶液滴到电极表面37℃左右下孵育1h-2h，记录电化学信号降低峰值电流(δi)来反映iaa的值，并构建校准曲线。

38、本发明的另一个方面，还涉及所述基于ti3c2的纳米复合材料在植物生长素检测中的应用。包括如上述第1方面实施例所述的基于ti3c2的纳米复合材料。由于该应用采用了上述基于ti3c2的纳米复合材料的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

39、根据本发明的一种实施方式，将所述基于ti3c2的纳米复合材料，应用于实际样品中检测植物生长素。在检测过程中，工作电极为所述基于ti3c2的纳米复合材料修饰的电极，参比电极为玻碳电极，整个实验过程保持在避光环境中。更具体的，在检测之前，还包括样品的预处理，具体的：先选取新鲜拟南芥和水稻叶子，用液氮研磨成粉末，准确称量100-200mg粉末，加入1-2ml 80％的甲醇溶液，混匀，4-8℃浸提12-24h，将提取液进行电化学传感器检测。

40、根据本发明的一种实施方式，在实际样品中检测植物生长素的检测过程，包括以下步骤：采用dpv法得到初始电流峰值i0；加入样品进行检测，得到电流峰值i，计算电流变化值δi＝i0-i；根据所述检测关系函数计算得到植物生长素的浓度。

41、根据本发明的一种实施方式，在实际样品中检测植物生长素的检测过程，检测关系函数为y＝0.27x+0.3264；该曲线方程为y＝3.1187x+1.6745，相关系数为0.9953，y代表电流，单位为μa；x代表iaa的浓度，单位为log(ng/ml)。

42、本发明的生物传感器中使用的植物生长素抗体与生长素特异性结合能力强，构建生长素的生物传感器具有显著的灵敏度优势，并且在水稻和拟南芥叶片样品中得到了很好的应用。该生物传感器能够用于植物样本中生长素含量的检测，具有操作简单、检测限低、灵敏度高和准确度高的优点，为植物生长素检测提供了一种简便、快速、灵敏和准确的方法。期望为电化学生物传感器检测提供有力的测定方法学支撑。

43、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。