基于中空气泡状复合纳米材料的生物传感器

本发明属于新型纳米功能材料与生物传感器制备，主要涉及一种中空气泡状复合纳米材料，具体涉及一种基于中空气泡状复合纳米材料的生物传感器。

背景技术：

1、有机磷农药因具有毒性强、药效好、易于降解且残留期较短等特点，常年来被用于农业生产，来提高农业生产率。然而农药的长期滥用，造成了有机磷农药(ops)残留严重超标，进而污染生态环境，最终危害人类生命健康。因此，对有机磷农药进行快速准确检测显得尤为重要。

2、传统的有机磷检测方法有：气相色谱法、液相色谱发以及质谱法等。但是这些方法设备价格昂贵，仪器设备庞大，测定时间较长，不适合现场检测。而电化学生物酶传感器由于其制作成本低、检测快速，引起了研究者广泛的关注。ma等人合成了具有大表面积和高度分散的铂纳米粒子锚定锆基金属有机骨架纳米复合材料(pt@uio-66-nh2)，并将其用于制备检测ops的ache生物传感器。由pt@uio-66-nh2吸附位点的增加以及超高的表面积增加了ache的固定化，所制备的生物传感器对马拉硫磷具有很高的灵敏度，马拉硫磷的检测范围为1×10-14m至1×10-9m，检测限为4.9×10-15m(doi.org/10.1016/j.electacta.2019.06.110)。song等人基于mofs衍生的mno2/mn3o4和ti3c2 mxene/au nps复合材料，构建了一种用于ops超灵敏测定的电化学传感平台。在最佳条件下，所建立的检测平台ache-chit/mxene/au nps/mno2/mn3o4/gce可检测浓度范围为10-12-10-6m的甲胺磷，且线性良好(r2＝0.995)。此外，该生物传感器具有较低的检测限(1.34×10-13m)，远远超过欧盟规定的甲胺磷最大残留限量(0.01mg/kg)(doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.03.083)。chen等人利用金银双金属颗粒与石墨烯-聚多巴胺(rgo-pda)制成了电化学生物传感器，该传感器对甲基对硫磷的线性检测范围为0.076-3040nm，检出限低至9.1pm(doi.org/10.1088/2053-1591/ab3e84)。上述优异的检测性能证明mofs基材料和聚多巴胺具有较好的应用前景。在mofs领域，zif-8因其良好的生物相容性而被用作给药载体。zif-8由zn2+和2-甲基咪唑酸盐组成，是一种主要的亚类mofs，其结构与二氧化硅相似。由于zif-8具有良好的化学稳定性，拥有适合主客体充分接触的高比表面积且无生物毒性，因此将酶负载在zif-8上时，可以很好的保持酶的活性。但是mofs的最大劣势是导电性不好。提高它们导电性的其中一种方法是将zif-8与其他导电材料相结合。

3、首先，聚多巴胺具有较好的导电性、稳定性、生物相容性。其次，它与贻贝的粘附蛋白质具有结构相似性，含有高浓度的儿茶酚和胺官能团，因此又表现出优异的粘附性，可以粘附在多种表面上，从而进一步修饰zif-8，使其表面可以负载更多的酶。同时，它可以刻蚀zif-8，变成中空气泡状的结构，这样可以使其拥有良好的导电性、较大的比表面积和更多的活性位点。zif-8/聚多巴胺作为酶的固定方式应用在农药检测领域可能会获得很好的检测性能和抗干扰性，因此寻求一种合成工艺简单，反应条件温和，高导电性，具有大比表面积的中空气泡状结构的zif-8/聚多巴胺的制备方法具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有高导电性，多活性位点的基于中空气泡状复合纳米材料的生物传感器的构建方法，通过用多巴胺刻蚀zif-8结构，从而生成中空气泡状结构的zif-8/聚多巴胺复合材料，用该材料制备电化学生物传感器来检测有机磷农药，使得检测性能明显提高，这对中空材料在农药检测领域中进一步发展具有重要意义。本发明是这样实现的：一种基于中空气泡状复合纳米材料的生物传感器的构建方法，其具体包括以下步骤：

2、s1、称取0.01-0.015mg的十六烷基三甲基溴化铵，1.0-1.2g的2-甲基咪唑，0.1-0.5g的二水合醋酸锌溶于8-12ml去离子水中，超声10-15min至完全溶解，然后静置1-5h，待反应完成后，将反应液转移至离心机中，以2000-4000r/min的转速离心5-10min，收集沉淀物，用无水乙醇和去离子水依次冲洗沉淀物表面，然后将其置于60-80℃的真空干燥箱中6-8h，即可获得zif-8；

3、s2、将步骤s1制备所得的zif-8置于由1-5ml无水乙醇和5-10ml去离子水的混合溶液中，然后加入50-150mg聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物p-123和150mg盐酸多巴胺搅拌至溶解后加入1-3ml的均三甲苯或苯胺和0.1-1.0ml浓度为0.1-0.2mm的三羟甲基氨基甲烷水溶液，搅拌5-10h，待反应结束后，将反应液转移至离心机中，以2000-4000r/min的转速离心5-10min，收集沉淀物，用无水乙醇冲洗沉淀物表面，然后将其置于60-80℃下的真空干燥箱中6-8h即可获得中空气泡状结构的zif-8/聚多巴胺材料；

4、s3、将步骤s2获得的zif-8/聚多巴胺材料分散于去离子水中配置成0.1-0.5mg/ml的zif-8/聚多巴胺材料水溶液，取1-5μl的zif-8/聚多巴胺材料水溶液和1-5μl的质量分数为0.1-0.5wt％的萘酚水溶液混合，经超声5-10min分散处理后即可获得zif-8/聚多巴胺材料分散液，将1-2μl活度为0.1-0.3u的乙酰胆碱酯酶液和1-5μl质量分数为0.1-1.0wt％的壳聚糖溶液混合均匀后，得到混合液；

5、s4、用50nm的氧化铝粉对玻碳电极进行抛光处理2-3次后，然后用20ml丙酮超声清洗玻碳电极20-30min，目的是除去玻碳电极表面的油污，再将其置于20ml无水乙醇中超声清洗10-20min后用去离子水冲洗干净后，在通氮气的环境中干燥，该步骤的目的是清洗掉玻碳电极表面的油污和杂质，保证后续测试的稳定性和可重复性；

6、s5、将步骤s3中获得的zif-8/聚多巴胺材料分散液涂在步骤s4处理后的玻碳电极表面，室温晾干后，继续滴涂步骤s3获得的混合液，放置于-4-4℃下干燥，然后用去离子水冲洗表面，即可得到工作电极。

7、优选地：所述步骤s1中称取0.012mg的十六烷基三甲基溴化铵，1.116g的2-甲基咪唑，0.3g的二水合醋酸锌溶于10ml去离子水中，超声10min至完全溶解，然后静置2h。

8、优选地：所述步骤s1和s2中在离心机中以4000r/min的转速离心8min。

9、优选地：所述步骤s1和s2中置于真空烘箱中在60℃下干燥10h。

10、优选地：所述步骤s2中将步骤s1制备所得的zif-8置于由2ml无水乙醇和8ml去离子水的混合溶液中，然后加入100mg聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物p-123和150mg盐酸多巴胺搅拌至溶解后加入1ml的苯胺和0.5ml浓度为0.15mm的三羟甲基氨基甲烷水溶液，搅拌8h。

11、优选地：所述步骤s3中将步骤s2获得的zif-8/聚多巴胺材料分散于去离子水中配置成0.1mg/ml的zif-8/聚多巴胺材料水溶液，取4μl的zif-8/聚多巴胺材料水溶液和1μl的质量分数为0.5wt％的萘酚水溶液混合，超声时间为10min。

12、优选地：所述步骤s3中将1μl活度为0.2u的乙酰胆碱酯酶液和4μl质量分数为0.5wt％的壳聚糖溶液混合均匀后，得到混合液。

13、优选地：所述步骤s5中将滴涂材料的玻碳电极放置于-4℃下干燥。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、1、本发明使用的的原材料简单易得，价格低廉，反应条件温和，制备工艺简单可行，重复性高，可大规模生产，实现工业化。

16、2、本发明制得的zif-8/聚多巴胺中空开口，比表面积大，活性位点多，通过加入均三甲苯或苯胺使材料开孔，从而使该纳米材料具有更好的传输酶的能力。

17、3、本发明制得的zif-8/聚多巴胺纳米材料的中空情况和检测性能可以通过精准调控盐酸多巴胺的量获得。

18、4、本发明使用的十六烷基三甲基溴化铵和聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物p-123两种表面活性剂之间具有协同作用，使制得的zif-8/聚多巴胺有较好的导电性和丰富的活性位点。

19、5、本发明制得的zif-8/聚多巴胺中的聚多巴胺具有较好的导电性，同时具有与贻贝的粘附蛋白质具有结构相似性，含有高浓度的儿茶酚和胺官能团，因此又表现出优异的粘附性，包裹在zif-8表面可以负载更多的酶。

20、6、本发明的zif-8/聚多巴胺材料具有灵敏度高，检出限低，用该材料制备的电化学生物传感器进行有机磷农药和抗干扰的检测时，检测性能较好，且与现有其他报道的传感器相比灵敏度明显提高。