基于Bi/BiVO4的光电化学传感平台及其细菌检测与灭活方法

本发明涉及光电化学生物检测，具体涉及一种基于bi/bivo4的光电化学传感平台及其细菌检测与灭活方法。

背景技术：

1、食源性致病菌（如金黄色葡萄球菌，staphylococcus aureus、大肠杆菌，escherichia coli等）污染对全球公共卫生及食品安全构成了重大隐患。由于病原体通常存于复杂基质中，传统的检测方法（如平板培养计数法及生化鉴别法）操作繁琐、耗时长，难以满足快速现场检测的需求。虽然基于抗体或适配体的生物传感器具有较高的灵敏度，但存在受体成本高昂、易失活以及样品预处理过程复杂等局限性。

2、光电化学（pec）生物传感器凭借激发源与检测信号的空间分离特性，具备背景噪声低、检测灵敏度高以及设备简易等独特优势。然而，直接在实际复杂样品中高灵敏度地定量检测致病菌仍面临较大挑战。大多数致病菌体内富含特定的内源性酶，如广泛存在于各类致病菌中的半胱氨酸脱硫基酶（cdes）。利用裂解液释放细菌内部的内源性cdes，特异性催化底物l-半胱氨酸（l-cys）分解生成硫化氢（h2s），可以在无须复杂的生物界面受体修饰与固定化步骤的前提下，将细菌浓度转化为化学信号。但目前利用内源性cdes特异性产气机制联合高效pec传感界面实现食源性致病菌快速检测的技术方案尚未得到有效应用。

3、此外，光电活性材料的光电转换效率是决定pec传感器分析性能的核心。钒酸铋（bivo4）作为一种半导体光电极材料，因其较窄的带隙与良好的可见光响应而备受关注。然而，bivo4存在载流子复合率高、电子电导率低以及表面催化动力学缓慢等缺陷，严重制约了其在pec生物传感中的灵敏度与稳定性。同时，现有的生物检测平台大多功能单一，缺乏在完成高灵敏检测的同时对目标致病菌实施有效清除的一体化设计。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供了一种基于bi/bivo4的光电化学传感平台及其细菌检测与灭活方法。

2、本发明的第一个方面提供了一种基于bi/bivo4的光电化学传感平台，包括：

3、bi/bivo4复合材料，其包含bivo4基体以及原位还原于所述bivo4基体表面的金属bi；

4、所述bi/bivo4复合材料用于在可见光照射下产生光电流信号，且所述bi/bivo4复合材料具有类过氧化物酶活性。

5、进一步，所述bi/bivo4复合材料具有多面体结构，且表面富含氧空位缺陷。

6、进一步，所述bi/bivo4复合材料为十面体结构，且材料界面具有bi-o-v共价桥接结构。

7、进一步，所述bi/bivo4复合材料负载于导电基底上，形成光电极。

8、进一步，所述导电基底为ito导电玻璃。

9、本发明的第二个方面提供了一种基于本发明第一个方面所述的光电化学传感平台的细菌检测方法，包括：

10、裂解目标细菌，释放细菌内部的内源性半胱氨酸脱硫基酶；

11、将所得含内源性半胱氨酸脱硫基酶的裂解液与底物l-半胱氨酸混合，并将所述bi/bivo4光电极浸入该混合液中，于30-42℃下孵育，使内源性半胱氨酸脱硫基酶催化l-半胱氨酸分解产生h2s气体，所述h2s气体与所述bi/bivo4光电极表面的bi/bivo4原位反应生成bi2s3，形成bi2s3/bi/bivo4异质结；

12、以所得修饰后的光电极为工作电极，在可见光照射下测量光电流响应信号，根据光电流强度的变化实现对目标细菌浓度的定量检测。

13、进一步，所述孵育的温度为37℃，孵育时间为2-4小时。

14、进一步，所述目标细菌为金黄色葡萄球菌或大肠杆菌；当目标细菌为金黄色葡萄球菌时，采用溶葡球菌酶进行裂解；当目标细菌为大肠杆菌时，采用大肠杆菌噬菌体进行裂解。

15、进一步，所述bi/bivo4光电极的制备方法包括：采用一步水热法合成单斜相bivo4前驱体，随后在n2/h2还原气氛中于400-500℃下煅烧1-3小时，使bivo4表面部分原位还原为金属bi，得到bi/bivo4复合材料，并将其负载于导电基底上形成光电极。

16、本发明的第三个方面提供了一种基于本发明第一个方面所述的光电化学传感平台的细菌灭活方法，包括：将所述bi/bivo4复合材料与含目标细菌的样品以及h2o2混合，利用所述bi/bivo4复合材料的类过氧化物酶活性催化h2o2产生ros，进而杀灭目标细菌。

17、与现有技术相比，本发明提供的一种基于bi/bivo4的光电化学传感平台及其细菌检测与灭活方法，通过还原性气氛煅烧在bivo4表面原位还原出金属态bi，该金属bi与bivo4之间形成紧密的界面接触。一方面，金属bi作为电子受体和快速传输通道，能够有效捕获bivo4光生电子并加速其向电极表面迁移，显著抑制载流子的体相复合；另一方面，还原过程引入的氧空位缺陷在bivo4带隙中形成缺陷能级，拓宽了可见光吸收范围并增加了光生载流子密度。二者协同作用，实现了光生电子-空穴对的高效空间分离，大幅增强了光电流响应信号，从而解决了传统bivo4因载流子复合严重而导致检测灵敏度低的技术问题，同时该复合材料无需额外修饰生物识别元件即可直接用于检测，简化了传感平台的构建流程。

1.一种基于bi/bivo4的光电化学传感平台，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光电化学传感平台，其特征在于，所述bi/bivo4复合材料具有多面体结构，且表面富含氧空位缺陷。

3.根据权利要求2所述的光电化学传感平台，其特征在于，所述bi/bivo4复合材料为十面体结构，且材料界面具有bi-o-v共价桥接结构。

4.根据权利要求1所述的光电化学传感平台，其特征在于，所述bi/bivo4复合材料负载于导电基底上，形成光电极。

5.根据权利要求4所述的光电化学传感平台，其特征在于，所述导电基底为ito导电玻璃。

6.一种基于权利要求1至5任一项所述的光电化学传感平台的细菌检测方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的细菌检测方法，其特征在于，所述孵育的温度为37℃，孵育时间为2-4小时。

8.根据权利要求6所述的细菌检测方法，其特征在于，所述目标细菌为金黄色葡萄球菌或大肠杆菌；当目标细菌为金黄色葡萄球菌时，采用溶葡球菌酶进行裂解；当目标细菌为大肠杆菌时，采用大肠杆菌噬菌体进行裂解。

9.根据权利要求6所述的细菌检测方法，其特征在于，所述bi/bivo4光电极的制备方法包括：采用一步水热法合成单斜相bivo4前驱体，随后在n2/h2还原气氛中于400-500℃下煅烧1-3小时，使bivo4表面部分原位还原为金属bi，得到bi/bivo4复合材料，并将其负载于导电基底上形成光电极。

10.一种基于权利要求1至5任一项所述的光电化学传感平台的细菌灭活方法，其特征在于，包括：将所述bi/bivo4复合材料与含目标细菌的样品以及h2o2混合，利用所述bi/bivo4复合材料的类过氧化物酶活性催化h2o2产生ros，进而杀灭目标细菌。