一种分子印迹电化学传感器及其制备方法与应用

本发明属于传感器，具体涉及一种分子印迹电化学传感器及其制备方法与应用。

背景技术：

1、头孢氨苄是第一代口服头孢菌素类抗生素，具有抗菌谱广、口服吸收好、对酸和青霉素酶稳定等特点。头孢氨苄为白色或乳黄色结晶性粉末，微臭，微溶于水，在乙醇、氯仿或乙醚中不溶；其水溶液ph为3.5-5.5，化学性质相对稳定，但在高温、强酸或强碱环境中易发生水解失效。头孢氨苄的作用机制在于其β-内酰胺结构可与细菌的青霉素结合蛋白（pbps）结合，抑制细菌细胞壁的合成，使细菌因细胞壁缺损、渗透压失衡而破裂死亡，从而发挥杀菌作用。基于以上特点，头孢氨苄在畜牧养殖中被广泛用于治疗畜禽呼吸道、泌尿系统及皮肤软组织感染。但在预防治疗动物疾病或作为饲料添加剂使用过程中，由于误用、滥用和不遵守休药期等行为，导致肉、蛋和牛奶中存在头孢氨苄残留超标问题。长期食用含有头孢氨苄超标的食物，会对人体产生多种毒副作用，包括过敏反应、肠道菌群失调、肝肾功能损伤，还可能诱导细菌产生耐药性，对公共卫生安全造成潜在威胁。

2、目前，头孢类抗生素残留的主流检测技术可分为大型仪器分析法与快速检测法两大类。其中，高效液相色谱法、液相色谱-串联质谱法、毛细管电泳法等仪器分析方法，凭借其高灵敏度与强特异性，是目前动物源食品中头孢氨苄定量检测的权威手段，但这类方法普遍存在设备购置与维护成本高、样品前处理步骤繁琐、检测周期长、依赖专业操作人员等问题，难以满足现场快速筛查的需求。微生物检测法作为传统的定性方法，成本较低、操作门槛低，但其检测周期长、结果易受环境干扰、重复性较差，且仅能进行初步筛查，无法实现精确定量。此外，光电化学检测、荧光免疫分析等新型检测技术也被用于头孢氨苄的检测，但光电化学法存在材料制备复杂、性能易受环境影响的问题，而基于适配体或抗体的免疫检测技术，则面临识别元件开发成本高、稳定性不足的局限。因此，开发一种操作简便、成本低廉、响应快速且性能稳定的头孢氨苄残留检测方法，对保障动物源食品安全与公共卫生具有重要意义。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的至少一种问题，本发明的目的之一在于提供一种分子印迹电化学传感器。本发明的目的之二在于提供上述分子印迹电化学传感器的制备方法。本发明的目的之三在于提供上述分子印迹电化学传感器的应用。本发明的目的之四在于提供一种检测β-内酰胺类抗生素的方法。

2、在众多mxene材料中，ti3c2tx是被研究最多的一种。它的导电性达到金属级别，大约在6000~8000 s/cm之间，同时亲水性良好，表面还带有丰富的官能团（如-o、-oh、-f）。在电化学传感器中，ti3c2tx不仅可以作为电荷转移促进剂，还能直接参与电催化反应，放大检测信号。然而，ti3c2tx纳米片在制备及应用过程中，易通过范德华力发生重新团聚堆叠现象，这会造成其有效比表面积降低、活性位点数量减少，因此通常需通过与其他纳米材料进行复合的方式，来抑制其自堆叠行为。本发明创新性地提出了一种ti3c2mxene/mwcnts-cooh/uio-66-nh2复合材料，与纯 ti3c2mxene 相比，该复合材料各组分间产生协同作用，有助于改善导电性，提升响应电流。

3、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

4、本发明第一方面提供一种分子印迹电化学传感器，包括：电极基底；覆盖于所述电极基底表面的复合材料层；以及设置于所述复合材料层表面的分子印迹聚合物膜；

5、所述复合材料层包括ti3c2mxene/mwcnts-cooh/uio-66-nh2复合材料。

6、优选地，所述分子印迹聚合物膜中包含与β-内酰胺类抗生素结构相匹配的印迹空腔。

7、更优选地，所述β-内酰胺类抗生素包括青霉素类抗生素、头孢菌素类抗生素或碳青霉烯类抗生素。

8、进一步优选地，所述头孢菌素类抗生素包括头孢氨苄、头孢拉定、头孢羟氨苄、头孢唑林、头孢噻吩、头孢匹林、头孢呋辛酯、头孢克洛、头孢丙烯、头孢呋辛、头孢孟多或头孢替安。

9、优选地，所述ti3c2mxene/mwcnts-cooh/uio-66-nh2复合材料为ti3c2mxene、mwcnts-cooh和uio-66-nh2三者复合的材料。

10、ti3c2mxene为二维过渡金属碳化物类材料，由max相ti3alc2通过选择性蚀除al层制得，具有层状二维片层结构，常见粒径范围：横向尺寸约100-300 nm，厚度1-5层。

11、mwcnts-cooh为羧基化多壁碳纳米管。

12、uio-66-nh2为氨基功能化氧化锆基金属有机框架，是一种基于锆簇和2-氨基对苯二甲酸配体构建的金属有机框架材料。

13、优选地，所述ti3c2mxene/mwcnts-cooh/uio-66-nh2复合材料的制备方法包括如下步骤：

14、ti3c2mxene/mwcnts-cooh复合材料、zrcl4和2-氨基对苯二甲酸进行溶剂热反应，制得所述ti3c2mxene/mwcnts-cooh/uio-66-nh2复合材料。

15、更优选地，所述溶剂热反应的温度为110-130 ℃。

16、进一步优选地，所述溶剂热反应的温度为110、112、114、116、118、120、122、124、126、128、130 ℃中的任一值或任意两值形成的范围。

17、更优选地，所述溶剂热反应的反应时间为14-18 h。

18、更优选地，所述ti3c2mxene/mwcnts-cooh复合材料与zrcl4的质量比为(1-4)：1。

19、更优选地，所述ti3c2mxene/mwcnts-cooh复合材料与zrcl4的质量比为1.0：1、1.5：1、2.0：1、2.5：1、3.0：1、3.5：1、4.0：1中的任一值或任意两值形成的范围。

20、更优选地，所述2-氨基对苯二甲酸与zrcl4的质量比为(0.6-1.5)：1。

21、更优选地，所述2-氨基对苯二甲酸与zrcl4的质量比为0.6：1、0.7：1、0.8：1、0.9：1、1.0：1、1.1：1、1.2：1、1.3：1、1.4：1、1.5：1中的任一值或任意两值形成的范围。

22、更优选地，所述溶剂热反应在n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中进行。

23、更优选地，具体包括如下步骤：将ti3c2mxene/mwcnts-cooh复合材料、zrcl4和2-氨基对苯二甲酸在溶剂中进行混合，再加入乙酸，进行溶解热反应，制得所述ti3c2mxene/mwcnts-cooh/uio-66-nh2复合材料。

24、进一步优选地，还包括如下步骤：溶解热反应后，收集粉末产物，经甲醇洗涤、干燥后制得所述ti3c2mxene/mwcnts-cooh/uio-66-nh2复合材料

25、本发明第二方面提供了第一方面所述的分子印迹电化学传感器的制备方法，包括如下步骤：

26、将含ti3c2mxene/mwcnts-cooh/uio-66-nh2复合材料的溶液涂覆在电极基底上，除去溶剂后得到覆盖复合材料层的电极；在覆盖复合材料层的电极的表面制备分子印迹聚合物膜，制得所述分子印迹电化学传感器。

27、优选地，所述含ti3c2mxene/mwcnts-cooh/uio-66-nh2复合材料的溶液的溶剂为dmf。

28、优选地，所述除去溶剂的方法为进行烘干。

29、优选地，所述分子印迹聚合物膜的制备工艺具体包括：用功能单体和模板分子配制电解液，所述覆盖复合材料层的电极在所述电解液中电聚合得到带有分子印迹模板的聚合物膜，经洗脱模板分子后，制得所述分子印迹电化学传感器。

30、本发明第三方面提供了第一方面所述的分子印迹电化学传感器在检测β-内酰胺类抗生素中的应用。

31、优选地，所述β-内酰胺类抗生素包括青霉素类抗生素、头孢菌素类抗生素或碳青霉烯类抗生素。

32、优选地，应用于检测牛奶中的β-内酰胺类抗生素。

33、本发明第四方面提供了一种检测β-内酰胺类抗生素的方法，使用第一方面所述的的分子印迹电化学传感器，包括以下步骤：将所述分子印迹电化学传感器置于待测溶液中进行吸附，采用电化学方法检测传感器的电流响应信号。

34、优选地，还包括如下步骤：用β-内酰胺类抗生素标准溶液建立的传感器响应信号与β-内酰胺类抗生素的标准曲线，根据电流响应信号计算待测样品中β-内酰胺类抗生素标准溶液的含量。

35、本发明的有益效果是：

36、本发明提供了一种分子印迹电化学传感器，包括：电极基底；覆盖于所述电极表面的复合材料层；以及设置于所述复合材料层表面的分子印迹聚合物膜；所述复合材料层包括ti3c2mxene/mwcnts-cooh/uio-66-nh2复合材料。本发明采用mwcnts-cooh和uio-66-nh2与ti3c2mxene进行复合，可解决单一ti3c2tx纳米片在制备及应用过程中发生重新团聚堆叠现象的问题，复合材料各组分间产生协同作用，有助于改善导电性，提升响应电流。本发明采用该复合材料制备分子印迹电化学传感器，可使得分子印迹聚合物对目标待测物具有较强的选择性结合能力，尤其可增强分子印迹聚合物对β-内酰胺类抗生素的的选择性结合能力，并且，能够减少非目标物质的干扰与非特异性吸附，有利于提升检测体系的选择性与可靠性。

37、本发明还提供了一种检索β-内酰胺类抗生素的方法将制得的改性复合电极置于待测液中进行孵育，若溶液内含有β-内酰胺类抗生素，该物质便会被传感器特异性吸附，随后采用差分脉冲伏安法开展电化学测试，体系对应的响应电流信号相较于空白体系会出现明显下降。