本发明属于光电化学检测领域，具体涉及一种基于信号翻转策略的光助辅全固态锌空气电池自供能传感器制备方法及检测茶碱的应用。
背景技术：
1、人体与外界持续接触会不断产生自由基，氧化活性物质浓度过高时，就会打破机体氧化与抗氧化的平衡状态，导致机体陷入氧化应激的状态。此时，自由基等氧化活性物质就会损伤细胞内大分子物质的结构和功能，当细胞受到的损伤达到无法修复的程度时，会引发一系列严重的疾病。而抗氧化剂能够高效清除细胞内的自由基，保护细胞免受氧化应激的侵害，维护机体的健康与稳定。多酚类物质是一类广泛存在于植物体内的次生代谢物质的混合物，尤其在清除自由基能力方面表现了很好的抗氧化性, 成为近年来备受关注的具有广泛开发前景的天然抗氧化剂。茶碱(theophylline)是一种具有生物活性的嘌呤碱类物质，主要存在于茶叶和咖啡等植物中。茶碱在生物体内具有多种生理作用，如扩张支气管、改善呼吸功能等。近年来有研究表明，茶碱能通过调节细胞内信号通路或与其他抗氧化剂协同作用来间接发挥抗氧化效应。
2、传统的茶碱检测方法主要有光谱法、色谱法和酶联免疫吸附试验法等。其中，光谱法具有操作简便、快速等优点，但抗干扰能力较低。色谱法能够准确分辨食品中复杂组分的抗氧化成分并提供浓度信息，但仪器价格昂贵、体积大且操作复杂，导致无法广泛普及。酶联免疫吸附试验法具有灵敏度高、特异性强等优点，但需要制备相应的抗体。鉴于此，亟待建立一种低成本、简单快捷、灵敏度高、抗干扰能力较强且重现性好的方法以克服上述不足。
3、光辅助自供能电化学传感器是一种集成了光电转换和电化学传感技术的新型传感器。它将光电效应与电化学反应过程相结合，通过光照产生的光生电子和空穴来驱动电化学传感。光辅助自供能电化学传感器的优点在于它不需要外部电源供电，因此具有低功耗、便携式和植入式等特点。锌空气电池作为一种常见的电池类型，具有高能量密度和环境友好等优点，在光辅助自供能电化学传感器中发挥着重要作用。信号翻转策略是通过引入特定的信号转换机制，实现了传感器对目标分析物的高灵敏度响应和快速识别。通过将信号翻转型策略与便携式自供能电化学传感器相结合，即可以实现对检测物的高灵敏检测，又满足了便携式传感器对高度集成化和微型化的要求。基于信号翻转策略的光辅助全固态锌空气电池装置，建立自供能传感平台用于茶碱的光电化学检测还未见相关报道。
技术实现思路
1、本发明旨在提供一种高灵敏度、低检测限、宽检测范围等优点为一体的用于茶碱灵敏检测的基于信号翻转策略的光辅助全固态锌空气电池自供能传感器的构建方法。基于cds/cuins2复合材料构建了一种自供能传感器，用于茶碱的检测，该传感器制备工艺简单，成本较低。测试结果显示该传感器灵敏度高，检出限低。
2、本发明检测茶碱的基于信号翻转策略的光辅助全固态锌空气电池自供能传感器的制备方法，包括如下步骤：
3、（1）将cuins2粉末分散于超纯水中得cuins2分散液，滴涂于ito电极上，再在cuins2电极表面滴入分裂式适配体s1后，室温下孵育，标记为s1-cuins2；在电极上滴入牛血清白蛋白(bsa)，再将检测物溶液滴涂在修饰电极上，标记为cuins2-s1/tp；
4、（2）将cds@nh2和分裂式适配体s2摇匀得混合物，将混合物离心收集固相，再分散于磷酸缓冲盐溶液中，得到cds-s2分散液；将cds-s2孵育于cuins2-s1/tp电极上，洗去未结合的cds-s2，标记为cuins2-s1/tp/ s2-cds电极；
5、（3）以cuins2-s1/tp/ s2-cds电极为光阴极，抛光锌箔用作阳极，pva凝胶聚合物作为固态电解质，利用氙灯作为光源，构建基于信号翻转策略的光辅助全固态锌空气电池自供能传感器。
6、本发明所述的cuins2采用如下方法制制备：将氯化亚铜、氯化铟(iii)水合物和硫脲溶于乙二醇溶液中，于180 ℃下加热24 h；离心收集产物，洗涤，将收集到的沉积物进行冷冻干燥；其中，氯化亚铜、氯化铟(iii)水合物和硫脲的摩尔比为1:1:4。
7、本发明所述cds@nh2采用如下方法制备：将硫脲和谷胱甘肽加入cd(no3)2·4h2o溶液中，然后将混合溶液在160 ℃下水热处理8 h，离心收集沉淀，干燥，得到cds；将cds均匀分散在乙醇-水溶液中得cds悬浮液，加入浓氨溶液在超声波下混合均匀，加入(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷，在35 ℃下搅拌3 h，得到cds@nh2；其中，cd(no3)2·4h2o、谷胱甘肽与硫脲的摩尔比为84:0.5:10；cds悬浊液的质量浓度为1.5mg/ml，cds悬浮液与浓氨溶液、(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷的体积比为100:1:5。
8、本发明所述的分裂式适配体s1的碱基序列为5'-cggcuggggcgauaccagccgaaa-3'；所述的分裂式适配体s2的碱基序列为5'-ccagccgaaaggcccuuggcagcgucggg-3'。
9、其中，cuins2与cds-s2修饰质量比为5~25:1~10；优选地，cuins2与cds-s2修饰质量比为1~20:6~10；更优选地，cuins2与cds-s2修饰质量比为20:6。
10、步骤（1）中，cuins2分散液的浓度为1~5mg/ml，修饰量为50 μl；bsa的浓度为1wt%；滴涂体积为20 μl。分裂式适配体(s1)的浓度为2 μm；分裂式适配体(s1)的修饰量为20μl。
11、步骤（2）中，cds-s2分散液中cds@nh2的浓度为1~5mg/ml，分裂适配体s2的浓度为2μm，cds-s2分散液的修饰量为20 μl。
12、步骤（3）中，所述的pva凝胶聚合物的制备方法为：将3.00g pva溶于50 ml去离子水中，然后在85 ℃下剧烈搅拌4 h, 再将10 ml pbs缓慢倒入，并且在60 ℃下继续搅拌3h，从而成功制备pva凝胶。pva凝胶聚合物的面积为1 cm × 1 cm，厚度约为0.3cm。
13、本发明还提供了上述方法制备的基于信号翻转策略的光辅助全固态锌空气电池自供能传感器在光电化学法用于茶碱检测的应用，首先采用茶碱标准溶液制备光阴极，构建光辅助全固态锌空气电池自供能传感器，测试开路光电压响应值，建立加入茶碱后的光电压强度与茶碱浓度对数值的线性关系，得到相应的线性回归方程；再采用待测溶液制备光阴极，测试开路光电压响应值，代入线性回归方程，计算待测溶液中茶碱的浓度。
14、上述基于信号翻转策略的光辅助锌空气电池自供能传感器在检测茶碱中的应用，具体检测步骤如下：
15、s1、标准曲线的绘制：
16、取一系列已知浓度的茶碱滴涂于所制备的cuins2-s1上，室温孵育，所制得的修饰电极标记为cuins2-s1/tp。再将cds-s2孵育于电极上，标记为cuins2-s1/tp/ s2-cds。以cuins2-s1/tp/ s2-cds为光阴极，抛光锌箔用作阳极，以pva凝胶聚合物作为固态电解质，保持氙灯作为光源的光强为20 mw，光源出口至ito导电面垂直距离保持为15 cm；测试该回路的开路光电压响应值，得到一系列的浓度-光电压对应关系，进而得到茶碱的标准曲线，建立加入茶碱后的光电压强度与茶碱浓度对数值的线性关系，得到相应的线性回归方程；
17、s2、实际样品检测：
18、实际样品测试光电压后，按照上述步骤s1中的线性回归方程进行计算。
19、进一步的，步骤s1中，所述的一系列不同浓度的茶碱的浓度范围为1.0×10-8 mol/l～1.0×10-3 mol/l；一系列不同浓度的茶碱的滴涂量为20 μl；孵育时间为1 h。
20、本发明的有益效果是：
21、本发明制备复合物cds/cuins2作为光阴极材料，成功建立光电化学传感平台，建立了一种茶碱的光电化学检测方法，其特色和优点表述如下：
22、（1）本发明将全固态锌空气电池引入光辅助自供能电化学传感中，该电池的高能量密度和安全稳定性为便携式传感器的发展提供了新的可能性。采用cuins2作为光阴极，并通过结合分裂式适配体技术将cds负载于光阴极上，随后形成cds/ cuins2复合物，导致光诱导的氧还原反应转变为氧析出反应，从而引起电压明显变化，成功实现了信号的翻转，从而显著提高了对茶碱的检测灵敏度。
23、（2）与传统检测方法相比，本发明中所提出的光电化学检测方法具有操作简便灵活，仪器设备简单，灵敏度高，线性范围宽，检测限低，检测成本低等特点。
1.一种基于信号翻转策略的光辅助全固态锌空气电池自供能传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于信号翻转策略的光辅助全固态锌空气电池自供能传感器的制备方法，其特征在于，所述的cuins2采用如下方法制制备：将氯化亚铜、氯化铟(iii)水合物和硫脲溶于乙二醇溶液中，于180 ℃下加热24 h；离心收集产物，洗涤，将收集到的沉积物进行冷冻干燥；其中，氯化亚铜、氯化铟(iii)水合物和硫脲的摩尔比为1:1:4。
3.如权利要求1所述的基于信号翻转策略的光辅助全固态锌空气电池自供能传感器的制备方法，其特征在于，所述cds@nh2采用如下方法制备：将硫脲和谷胱甘肽加入cd(no3)2·4h2o溶液中，然后将混合溶液在160 ℃下水热处理8 h，离心收集沉淀，干燥，得到cds；将cds均匀分散在乙醇-水溶液中得cds悬浮液，加入浓氨溶液在超声波下混合均匀，加入(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷，在35 ℃下搅拌3 h，得到cds@nh2；其中，cd(no3)2·4h2o、谷胱甘肽与硫脲的摩尔比为84:0.5:10；cds悬浊液的质量浓度为1.5mg/ml，cds悬浮液与浓氨溶液、(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷的体积比为100:1:5。
4.如权利要求1所述的基于信号翻转策略的光辅助全固态锌空气电池自供能传感器的制备方法，其特征在于，所述的分裂式适配体s1的碱基序列为5'-cggcuggggcgauaccagccgaaa-3'；所述的分裂式适配体s2的碱基序列为5'-ccagccgaaaggcccuuggcagcgucggg-3'。
5.如权利要求1所述的基于信号翻转策略的光辅助全固态锌空气电池自供能传感器的制备方法，其特征在于，cuins2与cds-s2修饰质量比为5~25:1~10。
6.如权利要求5所述的基于信号翻转策略的光辅助全固态锌空气电池自供能传感器的制备方法，其特征在于，cuins2与cds-s2修饰质量比为1~20:6~10。
7.如权利要求1所述的基于信号翻转策略的光辅助全固态锌空气电池自供能传感器的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中，cuins2分散液的浓度为1~5mg/ml，修饰量为50 μl；牛血清白蛋白的质量浓度为1 wt%，滴涂体积为20 μl；分裂式适配体s1的浓度为2 μmol/l，修饰量为20 μl。
8.如权利要求1所述的基于信号翻转策略的光辅助全固态锌空气电池自供能传感器的制备方法，其特征在于，所述的步骤（2）中，所述的cds-s2分散液中cds@nh2的浓度为1~5mg/ml，分裂适配体s2的浓度为2 μmol/l，cds-s2分散液的修饰量为20 μl。
9.如权利要求1所述的基于信号翻转策略的光辅助全固态锌空气电池自供能传感器的制备方法，其特征在于，所述的pva凝胶聚合物的尺寸为1 cm × 1 cm× 0.3 cm。
10.一种如权利要求1-9任一项所述方法制备的基于信号翻转策略的光辅助全固态锌空气电池自供能传感器在光电化学法用于茶碱检测的应用，其特征在于，采用茶碱标准溶液制备光阴极，构建光辅助全固态锌空气电池自供能传感器，测试开路光电压响应值，建立加入茶碱后的光电压强度与茶碱浓度对数值的线性关系，得到相应的线性回归方程；采用待测溶液制备光阴极，测试开路光电压响应值，代入线性回归方程，计算待测溶液中茶碱的浓度。
