用于微囊藻毒素灵敏检测的光电化学自供能传感器的构建方法

1.本发明属于电化学检测领域，指一种用于微囊藻毒素灵敏检测的光电化学自供能传感器的构建方法。


背景技术：

2.微囊藻毒素(mcs)具有肝毒性、神经毒性、免疫毒性及生殖毒性，也是确认的肝癌促进剂。藻毒素的结构为环状七肽，已知超过70种结构变异体，含量相对较多、毒性较大的几种包括mc-lr、mc-rr和mc-yr。目前，人们大多关注毒性最大、含量较多的mc-lr，而对于mc-rr而言，其毒性约为mc-lr的五分之一。在太湖蓝藻水华中mc-rr的含量比较高，平均约为mc-lr的10倍，最高达22倍以上。因此，mc-rr毒性虽然比mc-lr小，但由于其含量较高，产生的危害可能比mc-lr更大。
3.目前，mc-rr的检测方法以高效液相色谱-质谱(hplc-ms)法、高效液相色谱(hplc)法为主。但因hplc-ms法所用仪器较为昂贵，样品制备过程复杂、耗时较长，检测费用较高；而hplc法的灵敏度达不到要求，需要浓缩样品，前处理繁琐，且产生大量有毒的有机废液，费时、费力、费钱。
4.光电化学生物传感(pec)以其装置简单、操作方便、成本低、背景信号低等优点，近年来在各种目标检测中显示出良好的应用前景。光电极是pec生物传感器的核心部件，它在辐射光源的激发下产生电流检测信号。光电极的光电流响应对pec生物传感器的灵敏度有很大的影响，其稳定性直接决定了pec生物传感器的信号稳定性。
5.基于tio2/ti3c2和mos2/ti3c2复合物作为光电活性材料，建立光电化学传感平台，用于mc-rr的光电化学检测还未见相关报道。


技术实现要素：

6.本发明旨在提供一种高灵敏度、高选择性、宽测量范围等优点为一体的用于微囊藻毒素灵敏检测的光电化学自供能传感器的构建方法。该传感器制备工艺简单，成本低，实现快速定量检测mc-rr的目的。
7.所采用的方案概括为：以制备的tio2/ti3c2和mos2/ti3c2复合物作为光电活性材料，创建超灵敏的光电化学传感平台。利用tio2/ti3c2和mos2/ti3c2复合物对可见光的较大吸收和快速响应等性质，对检测系统起到一个信号放大的作用。建立传感器性能与mc-rr浓度之间的关系，以达到对mc-rr含量快速、灵敏、有选择性的检测的目的。
8.本发明是通过如下具体技术方案实现的：
9.一种用于微囊藻毒素灵敏检测的光电化学自供能传感器的构建方法，构建方法包括如下步骤：
10.步骤1、高温退火法制备二氧化钛/碳化钛(tio2/ti3c2)复合物：
11.具体的，将硫酸氧钛(tioso4)和碳化钛(ti3c2)分散液混合，再加入超纯水，超声分
散均匀后转入刚玉瓷舟中，放入管式炉中进行加热煅烧，冷却至室温后收集固体获得tio2/ti3c2复合物。
12.步骤2、水热法制备二硫化钼/碳化钛(mos2/ti3c2)复合物：
13.具体的，将l半胱氨酸和ti3c2分散液与na2moo4水溶液混合，然后转移至聚四氟乙烯衬里不锈钢高压釜，进行水热反应，反应结束后自然冷却，洗涤、过滤后冷冻干燥获得mos2/ti3c2复合物。
14.步骤3、构建微囊藻毒素(mc-rr)灵敏检测的光电化学自供能传感器：
15.将tio2/ti3c2复合物和mos2/ti3c2复合物分别分散于n,n-二甲基甲酰胺dmf中，得到tio2/ti3c2分散液和mos2/ti3c2分散液，将tio2/ti3c2分散液滴涂于ito电极上，再滴涂壳聚糖cts溶液，干燥后将戊二醛ga溶液滴于电极表面，并置于室温下反应完毕后，用超纯水淋洗，得阳极tio2/ti3c2电极；将mc-rr适配体滴加在阳极tio2/ti3c2电极上，反应一段时间后，用超纯水淋洗，最终得到适配体修饰的阳极材料电极，将mos2/ti3c2分散液滴涂于ito电极上，再滴涂壳聚糖cts溶液，得到阴极材料电极，即用于微囊藻毒素检测的光电化学自供能传感器；
16.步骤1中ti3c2占tio2的质量百分比为5％～15％，步骤2中ti3c2占mos2的质量百分比为3％～10％。
17.进一步的，步骤1中加热温度为490～510℃，温度保持时间为2h；升温速率为5℃/min，在氩气氛围下加热。
18.进一步的，步骤2中na2moo4水溶液为1mm，l半胱氨酸用量为0.3～0.7g。
19.进一步的，步骤2中水热反应温度为190～210℃，反应时间为34～38h。
20.进一步的，采用离心过滤的形式，且离心速率为13000rmp/s，离心时间为20min，冷冻干燥时间为24h。
21.进一步的，步骤3中，所述tio2/ti3c2和mos2/ti3c2分散液为2mg/ml；所述cts浓度为0.1％，ga溶液浓度为5％，cts溶液的用量为40μl，ga溶液的用量为20μl，cts和ga反应时间为0.5～1h。
22.适配体购于生工生物工程(上海)股份有限公司，mc-rr适配体序列为：5
′‑
cag ctc aga agc ttg atc cta ctg ccc ttc aat gtt cac tcc tgt ttc ctg atc ttt gtc gac tcg aag tcg tgc atc tg-3
′
。
23.进一步的，mc-rr适配体浓度为2μm，滴加量为20μl，反应时间12h；所述pbs浓度为0.1mol/l,ph＝6，用量为20ml。
24.将本发明构建的光电化学自供能传感器用于检测微囊藻毒素的用途，将不同浓度的mc-rr溶液滴到用于微囊藻毒素检测的光电化学自供能传感器的适配体修饰的阳极材料电极上，并孵育一段时间，作为阳极工作电极，阴极材料电极作为阴极电极，将电化学工作站双电极系统置于ph 7.4的0.1m pbs溶液中，在氙灯光源的照射下按浓度依次进行光电分析。
25.其中，mc-rr浓度为10-17
～10-10
mol/l，分别为10-17
mol/l，10-16
mol/l，10-15
mol/l，10-14
mol/l，10-13
mol/l，10-12
mol/l，10-11
mol/l和10-10
mol/l，滴加量为20μl；孵育温度为37℃；氙灯光源的强度为15％～25％。
26.本发明的有益效果为：
27.本发明制备tio2/ti3c2和mos2/ti3c2复合物作为光电活性材料，成功建立光电化学传感平台，建立了一种微囊藻毒素的光电化学检测方法，其特色和优点表述如下：
28.(1)本发明制备tio2/ti3c2和mos2/ti3c2复合物作为光电活性材料来构建光电化学自供能传感器，放大了功率密度响应信号。
29.(2)本发明采用ti3c2对tio2和mos2进行掺杂，一方面，对半导体材料的掺杂可以起到信号放大的作用，并且拓宽可见光吸收；另一方面，利用适配体的特异性识别，与mc-rr分子间的结合，增大了位阻效应，抑制了电子的转移。(3)本发明所提出的信号抑制方法和检测模式实现了对mc-rr的超灵敏检测，在10-17
～10-10
mol/l的浓度区间内，mc-rr浓度的对数lg c线性关系，检出限可达2.17
×
10-18
mol/l。
30.(4)与传统检测方法相比，本发明中所提出的mc-rr的光电化学检测方法具有操作更简便灵活，仪器设备更简单，检测范围宽，检出限低，检测成本低廉等特点。
附图说明
31.图1为制备的不同质量比例的tio2(a)，tio2/3％ti3c2(b)，tio2/20％ti3c2(c)，tio2/5％ti3c2(d)，tio2/15％ti3c2(e)，tio2/10％ti3c2(f)作为阳极，pt电极作为阴极的功率密度图(a)和制备的不同质量比例的mos2(a)，mos2/10％ti3c2(b)，mos2/3％ti3c2(c)，mos2/5％ti3c2(d)作为阴极，pt电极作为阳极的功率密度图(b)。
32.图2为使用mos2/ti3c2(a)和pt电极(b)作为阴极的功率密度图(a)以及传感器(a)，适配体固定在阳极上(b)和mc-rr检测时(c)的功率密度图(b)。
33.图3为mc-rr浓度与功率密度的对应关系图(a)和其线性关系图(b)。
具体实施方式
34.本发明不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
35.本发明的通过如下方法构建的用于微囊藻毒素灵敏检测的光电化学自供能传感器，可实现至少10-17
mol/l的检测限，方法包括：
36.步骤1、高温退火法制备二氧化钛/碳化钛(tio2/ti3c2)复合物：
37.具体的，将硫酸氧钛(tioso4)和碳化钛(ti3c2)分散液混合，再加入超纯水，超声分散均匀后转入刚玉瓷舟中，放入管式炉中进行加热煅烧，冷却至室温后收集固体获得tio2/ti3c2复合物。
38.步骤2、水热法制备二硫化钼/碳化钛(mos2/ti3c2)复合物：
39.具体的，将l半胱氨酸和ti3c2分散液与na2moo4水溶液混合，然后转移至聚四氟乙烯衬里不锈钢高压釜，进行水热反应，反应结束后自然冷却，洗涤、过滤后冷冻干燥获得mos2/ti3c2复合物。
40.步骤3、构建微囊藻毒素(mc-rr)灵敏检测的光电化学自供能传感器：
41.将tio2/ti3c2复合物和mos2/ti3c2复合物分别分散于n,n-二甲基甲酰胺dmf中，得到tio2/ti3c2分散液和mos2/ti3c2分散液，将tio2/ti3c2分散液滴涂于ito电极上，再滴涂壳
聚糖cts溶液，干燥后将戊二醛ga溶液滴于电极表面，并置于室温下反应完毕后，用超纯水淋洗，得阳极tio2/ti3c2电极；将mc-rr适配体滴加在阳极tio2/ti3c2电极上，反应一段时间后，用超纯水淋洗，最终得到适配体修饰的阳极材料电极，将mos2/ti3c2分散液滴涂于ito电极上，再滴涂壳聚糖cts溶液，得到阴极材料电极，即用于微囊藻毒素检测的光电化学自供能传感器；
42.步骤1中ti3c2占tio2的质量百分比为5％～15％，步骤2中ti3c2占mos2的质量百分比为3％～10％。
43.本发明下面结合具体的实施例作进一步详述，但本发明不局限于这些实施例。
44.实施例1：
45.(1)高温退火法制备tio2/ti3c2复合物
46.首先，将0.09g硫酸氧钛(tioso4)和2ml ti3c2分散液(5mg/ml)混合，再加入6ml超纯水，超声分散均匀后倒入刚玉瓷舟，放入管式炉，在氩气氛围下加热至500℃保持2h，升温速度5℃/min，待加热完毕恢复至室温以后即可获得tio2/ti3c2复合物固体。
47.(2)水热法制备mos2/ti3c2复合物
48.称取18.15g na2moo4·
2h2o溶解于75ml超纯水，再加入0.5g l半胱氨酸溶解，加入127μl ti3c2分散液(5mg/ml)，混合均匀以后转入聚四氟乙烯高压釜中，并在200℃下反应36h。待反应釜冷却至室温后，我们将所得样品用去离子水洗涤3次，并在实验室中于13000rmp的条件下离心20min，最后将其在冷冻干燥机中干燥24h。根据该方法，获得了mos2/ti3c2复合物。
49.(3)光电化学适配体传感器的构建
50.用n,n-二甲基甲酰胺(dmf)1ml分别溶解2mg tio2/ti3c2复合物和2mg mos2/ti3c2复合物制备tio2/ti3c2分散液和mos2/ti3c2分散液，取40μl的tio2/ti3c2分散液修饰在ito电极上，置于红外灯下烘干，再滴涂40μl壳聚糖(cts)溶液，置于室温下干燥，放入60℃烘箱干燥6h。取出后将20μl戊二醛(ga)溶液滴于电极表面，并置于室温下反应0.5h，反应完毕后，用超纯水淋洗，除去电极表面多余的ga，再以tris-hcl为溶剂配制2μm mc-rr适配体溶液，将mc-rr适配体滴加在电极上，反应12h后，用超纯水淋洗以除去过量的未吸附的适配体，最终得到适配体修饰的阳极材料电极。取40μl的mos2/ti3c2分散液修饰在ito电极上，置于红外灯下烘干，再滴涂40μl壳聚糖(cts)溶液，置于室温下干燥，放入60℃烘箱干燥6h，得到阴极材料电极。
51.此后，将不同浓度的mc-rr溶液滴到适配体修饰的阳极材料电极上，在37℃氛围下孵育一段时间后，再以其作为阳极工作电极，阴极材料电极作为阴极工作电极，将电化学工作站双电极系统置于ph 7.4的0.1m pbs溶液中，在氙灯光源的照射下按浓度依次进行光电分析。
52.图3a是本实施例获得的mc-rr浓度(10-17
～10-10
mol/l)与p值的对应关系图，图3b为其线性关系图，从图中可以看出，随着mc-rr浓度的增加，自供能传感器的性能逐渐降低，并且性能大小与mc-rr浓度之间呈现良好的线性关系(r2＝0.979)，线性方程为i＝0.436-0.065lgc(mol/l)。如图2，在10-17
～10-10
mol/l的浓度区间内，mc-rr浓度的对数值与p值呈现良好的线性关系，检出限可达2.17
×
10-18
mol/l。
53.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于微囊藻毒素灵敏检测的光电化学自供能传感器的构建方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤1、高温退火法制备二氧化钛/碳化钛(tio2/ti3c2)复合物；步骤2、水热法制备二硫化钼/碳化钛(mos2/ti3c2)复合物；步骤3、构建灵敏检测微囊藻毒素(mc-rr)的光电化学自供能传感器：将tio2/ti3c2复合物和mos2/ti3c2复合物分别分散于n,n二甲基甲酰胺dmf中，得到tio2/ti3c2分散液和mos2/ti3c2分散液，将tio2/ti3c2分散液滴涂于ito电极上，再滴涂壳聚糖cts溶液，干燥后将戊二醛ga溶液滴于电极表面，并置于室温下反应完毕后，用超纯水淋洗，得阳极tio2/ti3c2电极；将mc-rr适配体滴加在阳极tio2/ti3c2电极上，反应一段时间后，用超纯水淋洗，最终得到适配体修饰的阳极材料电极，将mos2/ti3c2分散液滴涂于ito电极上，再滴涂壳聚糖cts溶液，得到阴极材料电极，即用于微囊藻毒素检测的光电化学自供能传感器；步骤1中ti3c2占tio2的质量百分比为5％～15％，步骤2中ti3c2占mos2的质量百分比为3％～10％；步骤3中mc-rr适配体序列为：5
′‑
cag ctc aga agc ttg atc cta ctg ccc ttc aat gtt cac tcc tgt ttc ctg atc ttt gtc gac tcg aag tcg tgc atc tg-3
′
。2.根据权利要求1所述的用于微囊藻毒素灵敏检测的光电化学自供能传感器的构建方法，其特征在于：步骤1具体步骤为：将硫酸氧钛(tioso4)和碳化钛(ti3c2)分散液混合，再加入超纯水，超声分散均匀后转入刚玉瓷舟中，放入管式炉中进行加热煅烧，恢复室温后收集固体获得tio2/ti3c2复合物。3.根据权利要求2所述的用于微囊藻毒素灵敏检测的光电化学自供能传感器的构建方法，其特征在于：步骤1中，所述高温退火反应温度为490～510℃，反应时间为2h；在氩气氛围下加热，升温速率为5℃/min。4.根据权利要求1所述的用于微囊藻毒素灵敏检测的光电化学自供能传感器的构建方法，其特征在于：步骤2具体步骤为：将l半胱氨酸和ti3c2分散液与na2moo4水溶液混合，然后转移至聚四氟乙烯衬里不锈钢高压釜，进行水热反应，反应结束后自然冷却，洗涤、过滤后冷冻干燥获得mos2/ti3c2复合物。5.根据权利要求4所述的用于微囊藻毒素灵敏检测的光电化学自供能传感器的构建方法，其特征在于：步骤2中na2moo4水溶液为1mm，l半胱氨酸用量为0.3～0.7g。6.根据权利要求4所述的用于微囊藻毒素灵敏检测的光电化学自供能传感器的构建方法，其特征在于：步骤2中水热反应温度为190～210℃，反应时间为34～38h。7.根据权利要求1所述的用于微囊藻毒素灵敏检测的光电化学自供能传感器的构建方法，其特征在于：步骤3中cts与ga反应时间为0.5～1h。8.根据权利要求1所述的用于微囊藻毒素灵敏检测的光电化学自供能传感器的构建方法，其特征在于：步骤3中mc-rr适配体浓度为2μm，滴加量为20μl，反应时间12h；所述pbs浓度为0.1mol/l,ph＝6，用量为20ml。9.如权利要求1至8中任一项所述的构建方法构建的用于微囊藻毒素灵敏检测的光电化学自供能传感器。10.一种微囊藻毒素的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：将mc-rr溶液滴到如权利
要求9所述的用于微囊藻毒素灵敏检测的光电化学自供能传感器的适配体修饰的阳极材料电极上，孵育一段时间，作为阳极工作电极，阴极材料电极作为阴极工作电极，将电化学工作站双电极系统置于ph 7.4的0.1mpbs溶液中，在氙灯光源的照射下按浓度依次进行光电分析。

技术总结
本发明属于电化学检测领域，指一种用于微囊藻毒素灵敏检测的光电化学自供能传感器的构建方法，步骤如下：步骤1、制备二氧化钛/碳化钛(TiO2/Ti3C2)复合物；步骤2、制备二硫化钼/碳化钛(MoS2/Ti3C2)复合物；步骤3、构建灵敏检测微囊藻毒素(MC-RR)的光电化学传感器。与传统检测方法相比，本发明中所提出的MC-RR的光电化学检测方法具有操作更简便灵活，仪器设备更简单，检测范围宽，检出限低，检测成本低廉等特点。点。点。


技术研发人员：张煜德 蒋鼎 陈智栋
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：2022.02.18
技术公布日：2022/5/25