一種基于磁性納米光敏材料的光電化學(xué)雌二醇傳感器的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光電化學(xué)雌二醇傳感器的制備方法。屬于新型納米功能材料與生物傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境雌激素是指一類進(jìn)入機體后，具有干擾體內(nèi)正常內(nèi)分泌物質(zhì)的合成、釋放、運輸、結(jié)合、代謝等過程，激活或抑制內(nèi)分泌系統(tǒng)的功能，從而破壞維持機體穩(wěn)定性和調(diào)控作用的化合物，環(huán)境雌激素種類繁多，包括人工合成化合物及植物天然雌激素，廣泛分布于自然界中。雌二醇便是一種類固醇類合成雌激素。目前，檢測雌二醇的方法主要有色譜法、質(zhì)譜法等。此類方法儀器貴重、操作復(fù)雜，化驗人員需要專業(yè)培訓(xùn)后才能進(jìn)行檢測。因此，研發(fā)成本低、檢測快、靈敏度高、特異性強的雌二醇傳感器具有重要意義。
[0003]光電化學(xué)傳感器由于靈敏度高、檢測成本低等特點，近幾年被越來越多的研究者所關(guān)注。光電化學(xué)傳感器是基于外加光源激發(fā)光電敏感材料導(dǎo)致電子-空穴對進(jìn)行分離，在合適的偏電位條件下，實現(xiàn)電子在電極、半導(dǎo)體及修飾物和分析物上的快速傳遞，并形成光電流。在最優(yōu)條件下，利用生物免疫結(jié)合，分析物濃度的變化會直接影響光電流的大小，就可以根據(jù)光電流的變化實現(xiàn)對分析物的定性定量分析。
[0004]光電化學(xué)傳感器最關(guān)鍵技術(shù)就是對光電流的大小及穩(wěn)定性等性能的提高。二氧化鈦是應(yīng)用最為廣泛的一種光催化劑和光生電子基質(zhì)材料，由于片狀二氧化鈦納米材料能夠暴露更多的高指數(shù)晶面，具有更高的光催化活性，二氧化鈦納米片具有比納米粒子更好地應(yīng)用前景，對于二氧化鈦納米片的研究也備受關(guān)注。而單一的二氧化鈦納米材料的光生電子-空穴對易復(fù)合，從而導(dǎo)致光電信號的減弱，并且二氧化鈦導(dǎo)電性差也限制了由單一二氧化鈦納米材料構(gòu)建的光電化學(xué)傳感器的靈敏度普遍不高，不利于實際應(yīng)用。但是，在半導(dǎo)體納米材料上修飾或復(fù)合特殊的納米材料，可以有效提尚光生載流子對的有效濃度，提尚光電轉(zhuǎn)換效率，并大大提高檢測靈敏度。因此，設(shè)計、制備高效、穩(wěn)定的二氧化鈦納米片及其修飾物是制備光電化學(xué)傳感器的關(guān)鍵技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種制備簡單、靈敏度高、檢測快速、特異性強的光電化學(xué)雌二醇傳感器的制備方法，所制備的傳感器，可用于雌二醇的快速、靈敏檢測?；诖四康?，本發(fā)明首先制備了一種二維片狀的磁性納米光敏材料，即鐵和鈷雙金屬原位復(fù)合的氮摻雜二氧化鈦納米片F(xiàn)eC0-NOT12，利用該材料的良好的生物相容性、大的比表面積和鐵磁性，負(fù)載上雌二醇抗體，然后通過戊二醛的交聯(lián)作用固定堿性磷酸酶，在進(jìn)行檢測時，由于堿性磷酸酶可以催化L-抗壞血酸-2-磷酸三鈉鹽AAP原位產(chǎn)生L-抗壞血酸AA，并進(jìn)而為光電檢測提供電子供體，再利用抗體與抗原的特異性定量結(jié)合對電子傳輸能力的影響，使得光電流強度相應(yīng)降低，最終實現(xiàn)了采用無標(biāo)記的光電化學(xué)方法檢測雌二醇的生物傳感器的構(gòu)建。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
1.一種基于磁性納米光敏材料的光電化學(xué)雌二醇傳感器的制備方法，所述的磁性納米光敏材料為鐵和鈷雙金屬原位復(fù)合的氮摻雜二氧化鈦納米片F(xiàn)eC0-NOT12，所述的光電化學(xué)雌二醇傳感器由工作電極、FeCo-N@Ti02、雌二醇抗體、牛血清白蛋白、戊二醛、堿性磷酸酶組成；
其特征在于，所述的制備方法包括以下制備步驟:
a.FeCo-NOT12的制備;
b.光電化學(xué)雌二醇傳感器的制備；
其中，步驟a制備FeCo-NOT12的具體步驟為:
首先，取0.8 mmol鐵鹽、0.8?1.2 mmol鈷鹽和I mmol錢鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過程中，緩慢加入0.5-0.8 mL氫氟酸，160-200 °C下在反應(yīng)釜中反應(yīng)18?24小時，冷卻至室溫后，用超純水和無水乙醇離心洗滌三次后，50°C下真空干燥;然后，將研磨的粉末放入馬弗爐中，升溫速度為卜3 °C/min，480?560°C下在氮氣保護(hù)下，煅燒10?60 min;最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得FeCo-NOT12 ；
所述的鐵鹽選自下列之一:硫酸鐵、氯化鐵、硝酸鐵；
所述的鈷鹽選自下列之一:硫酸鈷、氯化鈷、硝酸鈷；
所述的銨鹽選自下列之一:硫酸銨、氯化銨、硝酸銨、碳酸銨；
步驟b制備光電化學(xué)雌二醇傳感器的具體步驟為:
(1)以ITO導(dǎo)電玻璃為工作電極，在電極表面滴涂8?12uL的FeC0-NOT12溶膠，室溫下晾干；
(2)將步驟(I)中得到的電極用緩沖溶液PBS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂8?12pL 10 μg/mL的雌二醇抗體溶液，4 0C冰箱中保存晾干；
(3)將步驟(2)中得到的電極用PBS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂8?12pL濃度為100 pg/mL的牛血清白蛋白溶液，4 0C冰箱中保存晾干；
(4)將步驟(3)中得到的電極用I3BS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂2?4pL的戊二醛溶液，40C冰箱中保存晾干；
(5)將步驟(4)中得到的電極用PBS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂6?10pL濃度為SOyg/mL的堿性磷酸酶溶液，4 0C冰箱中保存晾干；
(6)將步驟(5)中得到的電極用PBS清洗，在40C冰箱中保存晾干后，即制得光電化學(xué)雌二醇傳感器；
所述的FeCo-NOT12溶膠為將50 mg的FeCo-NOT12粉末溶于10 mL超純水中，并超聲30 min后制得的水溶膠；
所述的PBS為10mmol/L的磷酸鹽緩沖溶液，所述的磷酸鹽緩沖溶液的pH值為7.4 ；
所述的戊二醛溶液為體積比為2.5%的戊二醛水溶液。
[0007]2.本發(fā)明所述的制備方法所制備的光電化學(xué)雌二醇傳感器的應(yīng)用，其特征在于，包括如下應(yīng)用步驟:
a.標(biāo)準(zhǔn)溶液配制:配制一組包括空白標(biāo)樣在內(nèi)的不同濃度的雌二醇標(biāo)準(zhǔn)溶液；
b.工作電極修飾:將如權(quán)利要求1所述的制備方法所制備的光電化學(xué)雌二醇傳感器為工作電極，將步驟a中配制的不同濃度的雌二醇標(biāo)準(zhǔn)溶液分別滴涂到工作電極表面，4 0C冰箱中保存；
C.工作曲線繪制:將飽和甘汞電極作為參比電極，鉑絲電極作為輔助電極，與步驟b所修飾好的工作電極組成三電極系統(tǒng)，連接到光電化學(xué)檢測設(shè)備上；在電解槽中先后加入15mL pH=9.6的Tris-HCl緩沖溶液和5 mL 10 mmol/L的L-抗壞血酸-2-磷酸三鈉鹽AAP溶液;采用i_t測試手段，根據(jù)所得的光電流值與雌二醇標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度之間的關(guān)系，繪制工作曲線；
d.雌二醇的檢測:用待測樣品代替步驟a中的雌二醇標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照步驟b和c中的方法進(jìn)行檢測，根據(jù)響應(yīng)信號的強度值和工作曲線，得到待測樣品中雌二醇的含量。
[0008]本發(fā)明的有益成果
(1)本發(fā)明所述的光電化學(xué)雌二醇傳感器制備簡單，操作方便，實現(xiàn)了對樣品的快速、靈敏、高選擇性檢測，并且成本低，可應(yīng)用于便攜式檢測，具有市場發(fā)展前景；
(2)本發(fā)明首次制備了新型二維片狀光敏材料FeC0-NOT12,由于鐵、鈷在二氧化鈦納米片上的原位生長而充分與二氧化鈦納米片接觸，利用鐵、鈷的金屬表面等離子體作用以及二者的相互促進(jìn)作用，有效阻止了光生電子-空穴對的復(fù)合，解決了二氧化鈦納米片雖然光催化效果好，但是光電流產(chǎn)生較小的技術(shù)問題；同時由于氮的摻雜而使得二氧化鈦納米片更好的加大層隙間距和充分分散，極大地增大了二氧化鈦納米片的光催化活性，并解決了二氧化鈦納米片導(dǎo)電性差而不利于制備光電化學(xué)傳感器的技術(shù)問題，因此，該材料的有效制備，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值；
(3)本發(fā)明首次將FeC0-NOT12應(yīng)用于光電化學(xué)生物傳感器的制備中，顯著提高了光生載流子的有效濃度，大大提高了光電化學(xué)傳感器的檢測靈敏度，使得光電化學(xué)生物傳感器實現(xiàn)了在實際工作中的應(yīng)用；該材料的應(yīng)用，也為相關(guān)生物傳感器，如電致化學(xué)發(fā)光傳感器、電化學(xué)傳感器等提供了技術(shù)參考，具有廣泛的潛在使用價值。
【具體實施方式】
[0009]實施例1 FeCo-NOT12的制備
首先，取0.8 mmol鐵鹽和0.8 mmol鈷鹽和I mmol錢鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過程中，緩慢加入0.5 mL氫氟酸，160 °C下在反應(yīng)釜中反應(yīng)24小時，冷卻至室溫后，用超純水和無水乙醇離心洗滌三次后，50°C下真空干燥;然后，將研磨的粉末放入馬弗爐中，升溫速度為I °C/min，在480 °C下煅燒60 min ;最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得FeCo-NiT12;
所述的鐵鹽為硫酸鐵；
所述的鈷鹽為硫酸鈷；
所述的銨鹽為硫酸銨。
[0010]實施例2 FeCo-NOT12的制備
首先，取0.8 mmol鐵鹽和1.0 mmol鈷鹽和I mmol錢鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過程中，緩慢加入0.65 mL氫氟酸，180 °C下在反應(yīng)釜中反應(yīng)21小時，冷卻至室溫后，用超純水和無水乙醇離心洗滌三次后，50°C下真空干燥;然后，將研磨的粉末放入馬弗爐中，升溫速度為2 °C/min，在520 °C下煅燒30 min ;最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得FeCo-NiT12; 所述的鐵鹽為氯化鐵；
所述的鈷鹽為氯化鈷；
所述的銨鹽為氯化銨。
[0011]實施例3 FeCo-NOT12的制備
首先，取0.8 mmol鐵鹽和1.2 mmol鈷鹽和I mmol錢鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過程中，緩慢加入0.8 mL氫氟酸，200 °C下在反應(yīng)釜中反應(yīng)18小時，冷卻至室溫后，用超純水和無水乙醇離心洗滌三次后，50°C下真空干燥;然后，將研磨的粉末放入馬弗爐中，升溫速度為3 °C/min，在560°C下煅燒10 min;最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得FeCo-NiT12;
所述的鐵鹽為硝酸鐵；
所述的鈷鹽為硝酸鈷；
所述的銨鹽為硝酸