一种基于二维纳米光敏材料的光电化学对硫磷传感器的制备方法及应用
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种光电化学对硫磷传感器的制备方法。属于新型纳米功能材料与生物传感器技术领域。
【背景技术】
[0002]对硫磷是一种广谱性高毒杀虫剂，具有触杀、胃毒、熏蒸作用，并能渗透入植物体内。对硫磷对昆虫作用很快，可用于防治棉花、苹果、柑桔、梨、桃等果树害虫及麦红蜘蛛等。在土壤中，对硫磷可通过水的淋溶作用而稍向土壤深层迀移。土壤中的对硫磷可以通过植物根部吸收而进入植物体内。人们误食这类植物或含有其残留物的植物后，对硫磷能通过消化道、呼吸道及完整的皮肤和粘膜进入人体，会出现恶心、呕吐、头痛、泻肚、全身软弱无力等中毒初步症状，长期食用或过量食用会导致癌变。
[0003]目前，检测对硫磷的方法主要有色谱法、质谱法等。此类方法仪器贵重、操作复杂，化验人员需要专业培训后才能进行检测。因此，研发成本低、检测快、灵敏度高、特异性强的对硫磷传感器具有重要意义。
[0004]光电化学传感器由于灵敏度高、检测成本低等特点，近几年被越来越多的研究者所关注。光电化学传感器是基于外加光源激发光电敏感材料导致电子-空穴对进行分离，在合适的偏电位条件下，实现电子在电极、半导体及修饰物和分析物上的快速传递，并形成光电流。在最优条件下，利用生物免疫结合，分析物浓度的变化会直接影响光电流的大小，就可以根据光电流的变化实现对分析物的定性定量分析。
[0005]光电化学传感器最关键技术就是对光电流的大小及稳定性等性能的提高。二氧化钛是应用最为广泛的一种光催化剂和光生电子基质材料，由于片状二氧化钛纳米材料能够暴露更多的高指数晶面，具有更高的光催化活性，二氧化钛纳米片具有比纳米粒子更好地应用前景，对于二氧化钛纳米片的研究也备受关注。而单一的二氧化钛纳米材料的光生电子-空穴对易复合，从而导致光电信号的减弱，并且二氧化钛导电性差也限制了由单一二氧化钛纳米材料构建的光电化学传感器的灵敏度普遍不高，不利于实际应用。但是，在半导体纳米材料上修饰或复合特殊的纳米材料，可以有效提尚光生载流子对的有效浓度，提尚光电转换效率，并大大提高检测灵敏度。因此，设计、制备高效、稳定的二氧化钛纳米片及其修饰物是制备光电化学传感器的关键技术。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种制备简单、灵敏度高、检测快速、特异性强的光电化学对硫磷传感器的制备方法，所制备的传感器，可用于对硫磷的快速、灵敏检测。基于此目的，本发明首先制备了一种新型二维纳米光敏材料，即氮化碳上原位复合锰掺杂的氧化钼/ 二氧化钛纳米片的二维纳米复合材料Mn-MO03/Ti02@g-C3N4，利用该材料的良好的生物相容性和大的比表面积，负载上对硫磷抗体，然后通过戊二醛的交联作用固定碱性磷酸酶，在进行检测时，由于碱性磷酸酶可以催化L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐AAP原位产生L-抗坏血酸AA，并进而为光电检测提供电子供体，再利用抗体与抗原的特异性定量结合对电子传输能力的影响，使得光电流强度相应降低，最终实现了采用无标记的光电化学方法检测对硫磷的生物传感器的构建。
[0007]本发明采用的技术方案如下:
I.一种基于二维纳米光敏材料的光电化学对硫磷传感器的制备方法，所述的二维纳米光敏材料为氮化碳上原位复合锰掺杂的氧化钼/ 二氧化钛纳米片的二维纳米复合材料Mn-Mo03/T i O2Og-C3N4，所述的光电化学对硫磷传感器由工作电极、Mn_Mo03/T i O2Og-C3N4、对硫磷抗体、牛血清白蛋白、戊二醛、碱性磷酸酶组成；
其特征在于，所述的制备方法包括以下制备步骤:
a.Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4的制备;
b.光电化学对硫磷传感器的制备；
其中，步骤a制备Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4的具体步骤为:
首先，取0.6?1.0 mmol钼酸钠和0.8?1.2 mmol猛盐加入到5 mL钛酸四丁酯中，搅拌过程中，缓慢加入0.5-0.8 mL氢氟酸，160-200 °C下在反应釜中反应18?24小时，冷却至室温后，用超纯水和无水乙醇离心洗涤三次后，50 0C下真空干燥;其次，取150?250 mg干燥后的固体与400 mg三聚氰胺混合，并研磨成粉末;然后，将研磨的粉末放入马弗炉中，升温速度为I?3 °C/min，在480?560 °C下煅烧0.5?5小时;最后，将煅烧后的粉末冷却至室温，即制得Μη-ΜοΟβ/T i 02@g-C3N4 ；
所述的锰盐选自下列之一:硫酸锰、氯化锰、硝酸锰；
步骤b制备光电化学对硫磷传感器的具体步骤为:
(1)以ITO导电玻璃为工作电极，在电极表面滴涂8?12uL的Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4溶胶，室温下晾干；
(2)将步骤(I)中得到的电极用缓冲溶液PBS清洗，继续在电极表面滴涂8?12pL 10 μg/mL的对硫磷抗体溶液，4 0C冰箱中保存晾干；
(3)将步骤(2)中得到的电极用PBS清洗，继续在电极表面滴涂8?12pL浓度为100 pg/mL的牛血清白蛋白溶液，4 0C冰箱中保存晾干；
(4)将步骤(3)中得到的电极用I3BS清洗，继续在电极表面滴涂2?4pL的戊二醛溶液，40C冰箱中保存晾干；
(5)将步骤(4)中得到的电极用PBS清洗，继续在电极表面滴涂6?10pL浓度为SOyg/mL的碱性磷酸酶溶液，4 V冰箱中保存晾干；
(6)将步骤(5)中得到的电极用PBS清洗，在4°C冰箱中保存晾干后，即制得光电化学对硫磷传感器；
所述的Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4溶胶为将50 mg 的Mn-MofVT12Og-C3N4粉末溶于 10 mL超纯水中，并超声30 min后制得的水溶胶；
所述的PBS为10mmol/L的磷酸盐缓冲溶液，所述的磷酸盐缓冲溶液的pH值为7.4 ；
所述的戊二醛溶液为体积比为2.5%的戊二醛水溶液。
[0008]2.本发明所述的制备方法所制备的光电化学对硫磷传感器的应用，其特征在于，包括如下应用步骤: a.标准溶液配制:配制一组包括空白标样在内的不同浓度的对硫磷标准溶液；
b.工作电极修饰:将如权利要求1所述的制备方法所制备的光电化学对硫磷传感器为工作电极，将步骤a中配制的不同浓度的对硫磷标准溶液分别滴涂到工作电极表面，4 V冰箱中保存；
c.工作曲线绘制:将饱和甘汞电极作为参比电极，铂丝电极作为辅助电极，与步骤b所修饰好的工作电极组成三电极系统，连接到光电化学检测设备上；在电解槽中先后加入15mL pH=5.4的Tris-HCl缓冲溶液和5 mL 10 mmol/L的L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐AAP溶液;采用i_t测试手段，根据所得的光电流值与对硫磷标准溶液浓度之间的关系，绘制工作曲线；
d.对硫磷的检测:用待测样品代替步骤a中的对硫磷标准溶液，按照步骤b和c中的方法进行检测，根据响应信号的强度值和工作曲线，得到待测样品中对硫磷的含量。
[0009]本发明的有益成果
(1)本发明所述的光电化学对硫磷传感器制备简单，操作方便，实现了对样品的快速、灵敏、高选择性检测，并且成本低，可应用于便携式检测，具有市场发展前景；
(2)本发明首次制备了新型二维光敏材料Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4，由于锰在氧化钼/二氧化钛纳米片上的原位生长而充分与二氧化钛纳米片接触，利用锰的金属表面等离子体作用以及氧化钼和二氧化钛二者的相互促进作用，有效阻止了光生电子-空穴对的复合，解决了二氧化钛纳米片虽然光催化效果好，但是光电流产生较小的技术问题；同时由于氮化碳g_C3N4的良好的导电性和氧化钼/ 二氧化钛纳米片在其上的充分分散，极大地增大了氧化钼/二氧化钛纳米片的光催化活性和解决了氧化钼/二氧化钛纳米片导电性差而不利于制备光电化学传感器的技术问题，因此，该材料的有效制备，具有重要的科学意义和应用价值；
(3)本发明首次将Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4应用于光电化学生物传感器的制备中，显著提高了光生载流子的有效浓度，大大提高了光电化学传感器的检测灵敏度，使得光电化学生物传感器实现了在实际工作中的应用;该材料的应用，也为相关生物传感器，如电致化学发光传感器、电化学传感器等提供了技术参考，具有广泛的潜在使用价值。
【具体实施方式】
[0010]实施例1Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4的制备
首先，取0.6 mmol钼酸钠和0.8 mmol猛盐加入到5 mL钛酸四丁酯中，搅拌过程中，缓慢加入0.5 mL氢氟酸，160 °C下在反应釜中反应24小时，冷却至室温后，用超纯水和无水乙醇离心洗涤三次后，50°C下真空干燥;其次，取150 mg干燥后的固体与400 mg三聚氰胺混合，并研磨成粉末;然后，将研磨的粉末放入马弗炉中，升温速度为I °C/min，在480 °C下煅烧5小时;最后，将煅烧后的粉末冷却至室温，即制得Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4;
所述的锰盐为硫酸锰。
[0011]实施例2Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4的制备
首先，取0.8 mmol钼酸钠和1.0 mmol猛盐加入到5 mL钛酸四丁酯中，搅拌过程中，缓慢加入0.65 mL氢氟酸，180 "€下在反应爸中反应21小时，冷却至室温后，用超纯水和无水乙醇离心洗涤三次后，50°C下真空干燥;其次，取200 mg干燥后的固体与400 mg三聚氰胺混合，并研磨成粉末;然后，将研磨的粉末放入马弗炉中，升温速度为2 °C/min，在520 °(:下煅烧2小时;最后，将煅烧后的粉末冷却至室温，即制得Mn-Mo03/Ti02@g-C3N4;
所述的锰盐为氯化锰。
[0012]实施例3Mn-Mo03/T12Og-C3N4的制备
首先，取1.0 mmol钼酸钠和1.2 mmol猛盐加入到5 mL钛酸四丁酯中，搅拌过程中，缓慢加入0.8 mL氢氟酸，200 "€下在反应爸中反应18小时，冷却至室温后，用超纯水和无水乙醇离心洗涤三次后，50°C下真空干燥;其次，取250 mg干燥后的固体与400 mg三聚氰胺混合，并研磨成粉末;然后，将研磨的粉末放入马弗炉中，升温速度为3 °C/min，在560°C下煅烧0.5小时；最后，将煅烧后的粉末冷却至室温，即制得