一种多巴胺敏化钛酸镁己烯雌酚抗污染型光电化学传感器的制备方法与流程

1.本发明涉及一种多巴胺敏化钛酸镁己烯雌酚抗污染型光电化学传感器的制备方法。具体是采用多巴胺-钛酸镁复合材料作为基底光敏材料，用多肽作为电极修饰的防污分子，有效的阻抗了污染物的干扰，制备了一种检测己烯雌酚的抗污染型光电化学传感器，属于新型功能材料与生物传感检测技术领域。


背景技术：

2.己烯雌酚（des）对人体具有类似天然雌二醇的药理和治疗作用，主要应用于因失血量、闭经等引起的人体雌激素缺氧和激素失衡。它还可以在引产前影响子宫肌层对催产素的敏感性。此外，des还具有促进蛋白质代谢和合成、提高动物日增重和降低脂肪合成的作用。因此，它曾被用作畜牧业的促进剂。随后，已经证实高浓度的des在体内繁殖会导致机体畸形和癌症的潜在风险，因此世界各国纷纷出台政策，禁止在食品中使用des。因此，建立一种快速、准确地检测己烯雌酚的分析方法非常必要。目前已有己烯雌酚的检测方法有很多，如酶联免疫分析、荧光分析、电化学发光分析等。但酶联免疫分析操作繁琐；荧光分析可控性差、毒性大；电化学发光分析检测时间长。本发明设计了一种新型的防污染型光电化学传感器，防污染型传感器能够有效阻抗其他干扰物的干扰，其操作简单，稳定性好，本发明设计的光电化学传感器对己烯雌酚的检测限达到0.05 pg/ml。
3.钛酸镁，一种典型的钙钛矿型氧化物纳米材料，具有良好的光催化性能，制作成本低，无毒，具有一定的光稳定性和热稳定性，在可见光照射下，会产生光生电荷，进而形成光电流，但由于其带隙窄，光生电子空穴易于复合，使得其本身光电转换效率并不高。多巴胺作为一种优异的光活性材料，制备简单，具有良好的生物相容性。空心棒状的钛酸镁纳米材料，经多巴胺修饰后，大大提高了其对可见光的吸收效率，从而获得更好的光电性能。多肽作为一种氨基酸类蛋白质，具有优秀的防污性能，将其应用在传感器的构建过程中，能够有效的阻抗污染物的干扰，使得该传感器的检测准确度大大提高。
4.光电化学传感器是基于物质的光电转换特性来确定待测物浓度的一类检测装置。光电化学检测方法具有设备简单、灵敏度高、易于微型化的特点，已经发展成为一种极具应用潜力的分析方法，在食品、环境、医药等领域具有广阔的应用前景。钛酸镁材料在光电化学传感器方面的应用未见报道。本发明基于多巴胺-钛酸镁复合材料成功构建了在可见光下己烯雌酚的抗污染型光电化学传感器。该传感器以多巴胺-钛酸镁复合材料作为基底光敏材料，以多肽作为防污物质，实现了对己烯雌酚的高效、灵敏检测。本发明制备的光电化学传感器，具有低成本、高灵敏度、特异性好、快速检测、易于制备等优点，实现了在可见光区域对内分泌干扰物己烯雌酚的快速、高灵敏检测，有效克服了目前己烯雌酚检测方法的不足。


技术实现要素：

5.本发明目的之一是利用多巴胺-钛酸镁复合材料作为光敏材料。该光敏材料表现出优异的光电性能，在可见光下具有极大的光电转换效率。
6.本发明目的之二是采用多肽作为传感器构建界面防污染分子，阻抗其他物质干扰，提高检测准确度。
7.本发明目的之三是以多巴胺-钛酸镁作为基底，以多肽作为防污分子，制备一种灵敏度高、稳定性好、检测速度快的光电化学传感器，实现在可见光条件下对己烯雌酚高效、准确检测的目的。
8.本发明的技术方案如下：1、基于一种多巴胺敏化钛酸镁己烯雌酚抗污染型光电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）钛酸镁空心纳米棒材料的制备取0.05 ~ 0.1 g乙酸镁溶于10 ~ 30 ml乙二醇中，室温下搅拌均匀后，向溶液中加入0.1 ~ 0.3 ml钛酸四丁酯，混合溶液在室温下继续搅拌30 ~ 60 min后，用无水乙醇洗涤数次，于50 ~ 80
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c下干燥4 h，干燥后所得粉末样品在500 ~ 800
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c下煅烧1 ~ 5 h，制得钛酸镁空心纳米棒材料；（2）tris-hcl缓冲溶液的制备取0.1 ~ 0.5 g的三羟甲基氨基甲烷，0.3 ~ 0.5 g氯化钠和0.1 ~ 0.3 g氯化钾共同溶解于50 ml超纯水中，将该混合溶液定容于250 ml的容量瓶中，该溶液用浓度为0.1 ~ 0.3 mol/l的盐酸溶液调节ph至8.5，获得tris-hcl缓冲溶液；（3）多巴胺-钛酸镁复合材料的制备取50 ~ 100 mg所制备的钛酸镁材料和50 ~ 100 mg盐酸多巴胺共同分散于20 ~ 60 ml ph为8.5的tris-hcl缓冲溶液中，该溶液在室温下搅拌12 ~ 24 h，之后所得产物用无水乙醇和超纯水各洗涤3次，在40 ~ 60
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c下真空干燥12 h，制得多巴胺-钛酸镁复合材料；（3）光电化学传感器的制备1）将导电玻璃依次用洗衣粉、丙酮、乙醇和超纯水超声清洗，氮气吹干；2）取10
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l浓度为2 ~ 6 mg/ml的多巴胺-钛酸镁的水溶液滴加到ito导电玻璃的导电面，室温下自然晾干；3）在修饰电极表面滴加体积比为1:1的10 ~ 50 mg/ml的1-乙基-(3-二甲基氨基丙级)碳二亚胺盐酸盐和5 ~ 30 mg/ml n-羟基琥珀酰亚胺的混合液4 μl；超纯水冲洗电极表面，室温下自然晾至湿润薄膜状态；4）在修饰的电极表面继续滴加4
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l、2 ~ 6 mg/ml用pbs缓冲溶液配制的多肽溶液，室温下自然晾干；5）滴加4
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l、5 ~ 10 μg/ml的己烯雌酚适配体，室温下自然晾至湿润薄膜状态；6）滴加4
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l浓度为0.1 pg/ml ~ 50 ng/ml的己烯雌酚标准溶液，室温下自然晾干至湿润薄膜状态后，用超纯水冲洗电极表面，制得一种检测己烯雌酚的光电化学传感器。
9.2. 如权利要求1所述制备方法制备得到的光电化学传感器的检测方法，其特征在于，步骤如下：
（1）使用电化学工作站以三电极体系进行测试，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极，制备的ito修饰的传感器为工作电极，在10 ml、ph 5.0 ~ 8.0的pbs，0.01 ~ 0.5 mol/l的抗坏血酸缓冲溶液中进行测试；（2）用时间-电流法对己烯雌酚抗原进行检测，设置电压为-0.2 ~ 0.2 v，运行时间120 s，光源波长为400 ~ 450 nm；（3）电极放置好之后，每隔10 s开灯持续照射10 s，记录光电流，绘制工作曲线；（4）将待测的己烯雌酚抗原样品溶液代替己烯雌酚抗原标准溶液进行检测。
10.本传感器对己烯雌酚的检测线性范围为0.1 pg/ml ~ 50 ng/ml，检测限达0.05 pg/ml。
11.材料合成所需要的化学试剂均为当地试剂店购得，没有经过再处理。
12.本发明的有益成果（1）本发明成功制备了具有空心棒状的钛酸锶纳米材料，空心棒状结构具有大的比表面积，能有效提高可见光利用率，为电子传递提供优势途径。
13.（2）采用多肽作为传感器构建的防污分子，阻抗干扰物质的干扰，提高传感器检测过程中准确率低的问题。
14.（3）本发明制备的光电化学传感器，用于己烯雌酚的检测，响应时间短，线性范围宽，检测限低，稳定性和重现性好，可实现简单、快捷、高灵敏和特异性的检测。本发明对己烯雌酚的检测线性范围为0.1 pg/ml ~ 50 ng/ml，检测限达0.05 pg/ml。
15.具体实施方案实施例1 光电化学传感器的制备（1）钛酸镁空心纳米棒材料的制备取0.05 g乙酸镁溶于10 ml乙二醇中，室温下搅拌均匀后，向溶液中加入0.1 ml钛酸四丁酯，混合溶液在室温下继续搅拌30 min后，用无水乙醇洗涤数次，于50
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c下干燥4 h，干燥后所得粉末样品在500
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c下煅烧1 h，制得钛酸镁空心纳米棒材料；（2）tris-hcl缓冲溶液的制备取0.1 g的三羟甲基氨基甲烷，0.3 g氯化钠和0.1 g氯化钾共同溶解于50 ml超纯水中，将该混合溶液定容于250 ml的容量瓶中，该溶液用浓度为0.1 mol/l的盐酸溶液调节ph至8.5，获得tris-hcl缓冲溶液；（3）多巴胺-钛酸镁复合材料的制备取50 mg所制备的钛酸镁材料和50 mg盐酸多巴胺共同分散于20 ml ph为8.5的tris-hcl缓冲溶液中，该溶液在室温下搅拌12 h，之后所得产物用无水乙醇和超纯水各洗涤3次，在40
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c下真空干燥12 h，制得多巴胺-钛酸镁复合材料；（3）光电化学传感器的制备1）将导电玻璃依次用洗衣粉、丙酮、乙醇和超纯水超声清洗，氮气吹干；2）取10
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l浓度为2 mg/ml的多巴胺-钛酸镁的水溶液滴加到ito导电玻璃的导电面，室温下自然晾干；3）在修饰电极表面滴加体积比为1:1的10 mg/ml的1-乙基-(3-二甲基氨基丙级)碳二亚胺盐酸盐和5 mg/ml n-羟基琥珀酰亚胺的混合液4 μl；超纯水冲洗电极表面，室温下自然晾至湿润薄膜状态；
4）在修饰的电极表面继续滴加4
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l、2 mg/ml用pbs缓冲溶液配制的多肽溶液，室温下自然晾干；5）滴加4
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l、5 μg/ml的己烯雌酚适配体，室温下自然晾至湿润薄膜状态；6）滴加4
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l浓度为0.1 pg/ml ~ 50 ng/ml的己烯雌酚标准溶液，室温下自然晾干至湿润薄膜状态后，用超纯水冲洗电极表面，制得一种检测己烯雌酚的光电化学传感器。
16.实施例2 光电化学传感器的制备（1）钛酸镁空心纳米棒材料的制备取0.08 g乙酸镁溶于20 ml乙二醇中，室温下搅拌均匀后，向溶液中加入0.2 ml钛酸四丁酯，混合溶液在室温下继续搅拌40 min后，用无水乙醇洗涤数次，于60
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c下干燥4 h，干燥后所得粉末样品在600
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c下煅烧2 h，制得钛酸镁空心纳米棒材料；（2）tris-hcl缓冲溶液的制备取0.3 g的三羟甲基氨基甲烷，0.4 g氯化钠和0.2 g氯化钾共同溶解于50 ml超纯水中，将该混合溶液定容于250 ml的容量瓶中，该溶液用浓度为0.2 mol/l的盐酸溶液调节ph至8.5，获得tris-hcl缓冲溶液；（3）多巴胺-钛酸镁复合材料的制备取80 mg所制备的钛酸镁材料和70 mg盐酸多巴胺共同分散于40 ml ph为8.5的tris-hcl缓冲溶液中，该溶液在室温下搅拌16 h，之后所得产物用无水乙醇和超纯水各洗涤3次，在50
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c下真空干燥12 h，制得多巴胺-钛酸镁复合材料；（3）光电化学传感器的制备1）将导电玻璃依次用洗衣粉、丙酮、乙醇和超纯水超声清洗，氮气吹干；2）取10
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l浓度为4 mg/ml的多巴胺-钛酸镁的水溶液滴加到ito导电玻璃的导电面，室温下自然晾干；3）在修饰电极表面滴加体积比为1:1的25 mg/ml的1-乙基-(3-二甲基氨基丙级)碳二亚胺盐酸盐和20 mg/ml n-羟基琥珀酰亚胺的混合液4 μl；超纯水冲洗电极表面，室温下自然晾至湿润薄膜状态；4）在修饰的电极表面继续滴加4
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l、4 mg/ml用pbs缓冲溶液配制的多肽溶液，室温下自然晾干；5）滴加4
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l、8 μg/ml的己烯雌酚适配体，室温下自然晾至湿润薄膜状态；6）滴加4
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l浓度为0.1 pg/ml ~ 50 ng/ml的己烯雌酚标准溶液，室温下自然晾干至湿润薄膜状态后，用超纯水冲洗电极表面，制得一种检测己烯雌酚的光电化学传感器。
17.实施例3 光电化学传感器的制备（1）钛酸镁空心纳米棒材料的制备取0.1 g乙酸镁溶于30 ml乙二醇中，室温下搅拌均匀后，向溶液中加入0.3 ml钛酸四丁酯，混合溶液在室温下继续搅拌60 min后，用无水乙醇洗涤数次，于80
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c下干燥4 h，干燥后所得粉末样品在800
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c下煅烧5 h，制得钛酸镁空心纳米棒材料；（2）tris-hcl缓冲溶液的制备取0.5 g的三羟甲基氨基甲烷，0.5 g氯化钠和0.3 g氯化钾共同溶解于50 ml超纯水中，将该混合溶液定容于250 ml的容量瓶中，该溶液用浓度为0.3 mol/l的盐酸溶液调节ph至8.5，获得tris-hcl缓冲溶液；
（3）多巴胺-钛酸镁复合材料的制备取100 mg所制备的钛酸镁材料和100 mg盐酸多巴胺共同分散于60 ml ph为8.5的tris-hcl缓冲溶液中，该溶液在室温下搅拌24 h，之后所得产物用无水乙醇和超纯水各洗涤3次，在60
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c下真空干燥12 h，制得多巴胺-钛酸镁复合材料；（3）光电化学传感器的制备1）将导电玻璃依次用洗衣粉、丙酮、乙醇和超纯水超声清洗，氮气吹干；2）取10
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l浓度为6 mg/ml的多巴胺-钛酸镁的水溶液滴加到ito导电玻璃的导电面，室温下自然晾干；3）在修饰电极表面滴加体积比为1:1的50 mg/ml的1-乙基-(3-二甲基氨基丙级)碳二亚胺盐酸盐和5 ~ 30 mg/ml n-羟基琥珀酰亚胺的混合液4 μl；超纯水冲洗电极表面，室温下自然晾至湿润薄膜状态；4）在修饰的电极表面继续滴加4
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l、6 mg/ml用pbs缓冲溶液配制的多肽溶液，室温下自然晾干；5）滴加4
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l、10 μg/ml的己烯雌酚适配体，室温下自然晾至湿润薄膜状态；6）滴加4
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l浓度为0.1 pg/ml ~ 50 ng/ml的己烯雌酚标准溶液，室温下自然晾干至湿润薄膜状态后，用超纯水冲洗电极表面，制得一种检测己烯雌酚的光电化学传感器。
18.实施例4己烯雌酚的检测（1）使用电化学工作站以三电极体系进行测试，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极，制备的ito修饰的传感器为工作电极，在10 ml、ph 5.0的pbs，0.01 mol/l的抗坏血酸缓冲溶液中进行测试；（2）用时间-电流法对己烯雌酚抗原进行检测，设置电压为-0.2 v，运行时间120 s，光源波长为400 nm；（3）电极放置好之后，每隔10 s开灯持续照射10 s，记录光电流，绘制工作曲线；（4）将待测的己烯雌酚抗原样品溶液代替己烯雌酚抗原标准溶液进行检测实施例5己烯雌酚的检测（1）使用电化学工作站以三电极体系进行测试，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极，制备的ito修饰的传感器为工作电极，在10 ml、ph 7.0的pbs，0.1 mol/l的抗坏血酸缓冲溶液中进行测试；（2）用时间-电流法对己烯雌酚抗原进行检测，设置电压为0 v，运行时间120 s，光源波长为420 nm；（3）电极放置好之后，每隔10 s开灯持续照射10 s，记录光电流，绘制工作曲线；（4）将待测的己烯雌酚抗原样品溶液代替己烯雌酚抗原标准溶液进行检测。
19.实施例6己烯雌酚的检测（1）使用电化学工作站以三电极体系进行测试，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极，制备的ito修饰的传感器为工作电极，在10 ml、ph 8.0的pbs，0.4 mol/l的抗坏血酸缓冲溶液中进行测试；（2）用时间-电流法对己烯雌酚抗原进行检测，设置电压为0.2 v，运行时间120 s，光源波长为430 nm；（3）电极放置好之后，每隔10 s开灯持续照射10 s，记录光电流，绘制工作曲线；
（4）将待测的己烯雌酚抗原样品溶液代替己烯雌酚抗原标准溶液进行检测。