一种电化学生物传感器及其制备方法和应用

本发明涉及电化学检测，具体涉及一种电化学生物传感器及其制备方法和应用。

背景技术：

1、展青霉素是最常见的真菌毒素之一，是由曲霉和青霉等真菌产生的一种次级代谢产物。毒理学试验表明，展青霉素具有影响生育、致癌和免疫等毒理作用，同时也是一种神经毒素。人体过量摄入展青霉素会出现呼吸困难、肠道炎症和呕吐，而人体长期接触展青霉素则会导致神经毒性、免疫毒性、遗传毒性和致畸效应。

2、展青霉素首先是在腐烂的苹果和苹果汁中发现，实际上其广泛存在于各种霉变水果和青贮饲料中。展青霉素具有较好的热稳定性和耐酸性，一般的食品制备过程并不能将其完全消除。因此，各个国家和组织都制定了展青霉素在水果制品中的最大残留限量标准，例如：食品法典委员会将苹果汁中展青霉素的最大浓度限制在50μg/kg；欧盟规定的婴儿果汁中展青霉素的最高允许限量为10μg/kg。

3、目前，已经建立了以薄层色谱法、高效液相色谱法、高效液相色谱串联质谱法和免疫分析法等为基础的实际样品中展青霉素的检测方法。然而，这些检测方法普遍存在操作流程复杂、检测设备昂贵且需要专业人员操作、检测成本高等缺点，难以完全满足实际应用要求。电化学适配体传感器分析技术具有灵敏、特异性好、抗干扰能力强、稳定性高、成本低和小分子检测等优点，应用前景更为广阔。

4、因此，开发一种可靠、简便、快速、低成本和高灵敏的测定展青霉素残基含量的电化学传感器具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电化学生物传感器及其制备方法和应用。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、一种电化学生物传感器，其组成包括依次设置的基底电极、铈基金属有机框架材料层和金纳米颗粒层，还包括巯基化展青霉素适配体和牛血清蛋白；所述巯基化展青霉素适配体通过au-s键与金纳米颗粒层结合；所述牛血清蛋白结合在金纳米颗粒层表面。

4、优选地，所述铈基金属有机框架材料层中的铈基金属有机框架材料由铈盐和均苯三甲酸(h3btc)反应制成。

5、优选地，所述铈盐、均苯三甲酸的摩尔比为1:1.0～1.5。

6、优选地，所述铈盐为六水合硝酸铈(ce(no3)3·6h2o)、硝酸铈铵((nh4)2ce(no3)6)中的至少一种。

7、优选地，所述铈基金属有机框架材料通过以下方法制成：将铈盐和均苯三甲酸分散在溶剂中，再30℃～60℃下反应0.5h～2h，再将产物分离出来后进行纯化和干燥，即得铈基金属有机框架材料。

8、优选地，所述纯化的具体操作为：用乙醇和超纯水各洗涤产物多次。

9、优选地，所述干燥在真空干燥箱中进行，干燥温度为60℃～80℃，干燥时间为10h～15h。

10、优选地，所述巯基化展青霉素适配体的核酸序列为5′-sh-(ch2)6-ggc ccg ccaacc cgc atc atc tac act gat att ttacct t-3′。

11、优选地，所述基底电极为玻碳电极。

12、一种如上所述的电化学生物传感器的制备方法包括以下步骤：

13、1)将铈基金属有机框架材料分散液涂覆在基底电极表面进行干燥成膜，得到铈基金属有机框架材料层修饰的基底电极；

14、2)将铈基金属有机框架材料层修饰的基底电极浸入镀金液中进行电沉积，在铈基金属有机框架材料层表面沉积金纳米颗粒，得到金纳米颗粒层修饰的基底电极；

15、3)将巯基化展青霉素适配体分散液涂覆在金纳米颗粒层表面进行孵育，再除去未与金纳米颗粒层结合的巯基化展青霉素适配体，得到巯基化展青霉素适配体修饰的基底电极；

16、4)将牛血清蛋白分散液涂覆在金纳米颗粒层表面进行孵育，再除去未与金纳米颗粒层结合的牛血清蛋白，即得电化学生物传感器。

17、优选地，步骤1)所述铈基金属有机框架材料分散液的浓度为0.2wt％～1wt％。

18、优选地，步骤1)所述铈基金属有机框架材料分散液的涂覆量为3μl/7mm2～10μl/7mm2。

19、优选地，步骤2)所述镀金液为浓度1mmol/l～5mmol/l、ph值6～7的haucl4溶液。

20、优选地，步骤2)所述电沉积采用恒电位法，电位为-0.5v～-0.3v，沉积时间为60s～180s。

21、优选地，步骤3)所述巯基化展青霉素适配体分散液的浓度为2μmol/l～10μmol/l。

22、优选地，步骤3)所述巯基化展青霉素适配体分散液的涂覆量为3μl/7mm2～10μl/7mm2。

23、优选地，步骤3)所述孵育在35℃～39℃下进行，孵育时间为10min～90min。

24、优选地，步骤4)所述牛血清蛋白分散液的浓度为0.005wt％～0.01wt％。

25、优选地，步骤4)所述牛血清蛋白分散液的涂覆量为3μl/7mm2～10μl/7mm2。

26、优选地，步骤4)所述孵育在35℃～39℃下进行，孵育时间为10min～50min。

27、一种如上所述的电化学生物传感器在展青霉素检测中的应用。

28、一种展青霉素检测方法包括以下步骤：

29、1)将待测溶液涂覆在上述电化学生物传感器表面进行孵育，再除去未与巯基化展青霉素适配体结合的展青霉素，得到修饰后的电化学生物传感器；

30、2)将修饰后的电化学生物传感器和未修饰的电化学生物传感器分别作为工作电极与参比电极和对电极组成三电极体系，再进行电化学测试，再根据电化学信号变化值计算待测溶液中展青霉素的含量。

31、优选地，步骤1)所述待测溶液的涂覆量为3μl/7mm2～10μl/7mm2。

32、优选地，步骤1)所述孵育在35℃～39℃下进行，孵育时间为40min～110min。

33、优选地，步骤2)所述参比电极为ag/agcl电极。

34、优选地，步骤2)所述对电极为铂电极。

35、本发明的原理：本发明的电化学生物传感器中的铈基金属有机框架材料具有良好的化学稳定性和高比表面积，有利于后续材料的负载和结合，金纳米颗粒具有优异的电学和催化特性，将其与铈基金属有机框架材料结合可以增强电极的导电性，同时金纳米颗粒与巯基化展青霉素适配体通过au-s键结合可以将巯基化展青霉素适配体固定在电极上，牛血清蛋白可以封闭电极上的非特异性活性位点，有利于提高展青霉素检测的特异性；在电化学生物传感器上孵育展青霉素，使展青霉素与巯基化展青霉素适配体充分结合形成复合物，使电化学生物传感器表面的电子传递能力发生改变，再通过测定孵育展青霉素前后的电化学信号变化值计算待测溶液中展青霉素的含量。

36、本发明的有益效果是：本发明的电化学生物传感器具有良好的电子传递性、重现性、稳定性、特异性和灵敏性，且其制备方法简单，可以用于食品中展青霉素的检测，检测快速、检测范围较宽、检测限较低、性能稳定，适合进行大规模推广应用。

37、具体来说：

38、1)本发明的电化学生物传感器具有良好的电子传递性，能够将反应产生的电子进行良好的转移，能够实现展青霉素的检测，反应速度快；

39、2)本发明的电化学生物传感器具有良好的重现性、稳定性、特异性以及灵敏性；

40、3)本发明的电化学生物传感器可以用于食品中展青霉素的检测，检测快速，具有较宽的检测范围和较低的检测限(在2×10-3μg/ml～3μg/ml的浓度范围内，dpv电流峰值差△ip(△ip＝ippat孵育前-ippat孵育后)与展青霉素浓度对数值变化呈线性关系，△ip与展青霉素浓度的对数值的关系为△ip＝6.492lgc+19.982，相关系数为r2＝0.9987，检测限为0.016μg/ml)，传感器性能稳定，具有广阔的应用前景；

41、4)本发明的电化学生物传感器的制备方法简单，生产成本低，适合进行大规模推广应用。