一种奶粉中微量元素的电化学检测装置的构建方法及其应用

1.本发明属于食品品质安全检测技术领域，具体涉及一种奶粉中微量元素的电化学检测装置的构建方法及其应用。


背景技术：

2.奶粉之所以能成为一类高营养多功效的食品，一方面是由于其含有丰富的蛋白质、碳水化合物、维生素等人体必需的营养成分，另一方面则是其含有铜、锌等对生命活动不可或缺的微量元素。然而，液态乳原料如牛乳或羊乳等中的微量元素水平难以满足特殊人群的需要，因此在奶粉加工过程中，通常需添加一定量的微量元素以提高其营养价值。其中，投料环节所加入的微量元素在原料中的分布均匀程度，会直接影响奶粉的品质；同时，当微量元素添加过量时，会扰乱消费者正常的新陈代谢甚至引发多种疾病。我国卫生部颁布的《食品安全国家标准婴儿配方食品》(gb 10765-2021)明确规定了婴儿配方奶粉中不同微量元素的含量标准：婴儿配方奶粉在即食状态下，每100ml中锌的含量为0.3～1.05mg，铜的含量为36～84μg。由此可见，在液态乳原料的加工过程中，严格控制每一微区内微量元素的均匀、定量投料对保障产品品质进而促进我国乳品产业的可持续发展具有显著的经济和社会价值。因此，发展灵敏、快速的分析方法实现奶粉生产过程中微量元素投料水平的原位微区监测尤为重要。
3.电化学传感器将电化学的高敏特性和传感分析的专一性相结合，为奶粉复杂基质中微量元素的检测提供了极具潜质的方法。在电化学传感体系构建过程中，信号探针对实现待测物的特异识别与原位催化起着重要作用。然而，制备信号探针的生物酶易失活、稳定性差，难以满足奶粉加工过程中匀质、巴氏杀菌、喷雾干燥等环节微量元素实时监测的需要。近年来，金属-有机框架材料(mof)具有稳定性强、制备简单的优点，在传感器构建方面得到了广泛应用。然而，现有的球状的mof仿生酶表面活性位点个数有限，进而影响了其在电化学传感灵敏分析中的普遍推广；同时，用于电化学测定的工作电极预处理过程复杂且需专门的信号输出装置，在很大程度上限制了该技术在多组分样品实时、原位检测中的应用。


技术实现要素：

4.针对以上存在的问题，本发明制备了吸附容量高、表面活性位点多的棒状mof仿生酶，构建了智能手机辅助的电化学微纳传感器用于奶粉中多组分微量元素的微区实时灵敏检测。
5.为了实现以上技术目的，本发明的具体步骤如下：
6.步骤一：所述的基于棒状mof探针的制备包含以下过程：
7.过程一：称取硝酸铈和1,3,5均苯三甲酸(h3btc)分散于乙醇和水的混合液中，得到混合溶液a；
8.过程二：将过程一得到的混合溶液a转移至以聚四氟乙烯为内衬的反应釜内，再将
其放入油浴锅中进行加热反应，加热反应完毕后经离心得到的白色沉淀，用去离子水和乙醇分别清洗后，再经真空干燥得到棒状mof材料，最后分散到tris-hcl缓冲溶液中得到棒状mof溶液；
9.过程三：取一定量的纳米金(aunps)溶液加入到过程二制备的棒状mof溶液中搅拌一段时间，然后经离心得到的沉淀产物用乙醇清洗，清洗后得到附有aunps的mof复合材料，记为au@mof材料；将得到的au@mof材料分散到tris-hcl缓冲溶液中，得到au@mof溶液；
10.过程四：根据需要测定微量元素的种类来选择包含相应特异识别位点的dna2；选定dna2后，用灭菌水稀释dna2原液得到dna2稀释液，然后将dna2稀释液加入到三-(2-甲酰乙基)磷盐酸盐(tcep)溶液中活化反应一段时间后得到活化的dna2；然后将活化的dna2与一定量的au@mof溶液混合，室温下孵育后，得到dna2@au@mof混合液；
11.过程五：在过程四得到的dna2@au@mof混合液中加入牛血清白蛋白反应一段时间，经离心得到的产物分散于tris-hcl缓冲溶液中，得到基于棒状mof探针溶液；
12.进一步的，步骤一的过程一中所述硝酸铈、1,3,5均苯三甲酸、乙醇和水的用量比为0.01～0.05g：0.005～0.05g：10～30ml：10～30ml。
13.进一步的，步骤一的过程二中所述加热反应的温度为60～120℃，反应时间为1～3h；所述真空干燥的温度为60～70℃；所述tris-hcl缓冲溶液的浓度为20mm，ph为7.4。
14.进一步的，步骤一的过程三中所述纳米金溶液与棒状mof溶液的体积比为2～8：0.5～5；所述纳米金溶液的浓度为0.05～0.1mg/ml；所述棒状mof溶液的浓度为50～70mg/ml；所述搅拌的时间为3～5h；所述离心的条件为：5000～15000rpm，5～20min；所述tris-hcl缓冲溶液的用量为400～600μl，浓度为20mm，ph为7.4。
15.进一步的，步骤一的过程四中所述dna2原液为hplc纯化的寡核苷酸，购买于南京金斯瑞生物工程有限公司(南京)；所述dna2稀释液的浓度为5～10μm；所述tcep的浓度为5mm；所述dna2稀释液与tcep的用量关系为50～400μl：10～80μl；所述活化反应一段时间为2～3h；所述活化的dna2与au@mof溶液的用量关系为50～400μl:100～800μl，所述au@mof溶液的浓度为60～80mg/ml；所述室温下孵育的时间为14h。
16.进一步的，所述dna2的序列由所检测的微量元素的种类确定；如检测铜时，采用含有铜离子特异识别位点的g的序列；检测锌时，采用含有锌离子特异识别位点的ra的序列。
17.进一步的，步骤一的过程五中所述dna2@au@mof混合液、牛血清白蛋白的用量关系为100～200μl：80～100μl，所述牛血清白蛋白的质量分数为1％；所述反应时间为0.5～1.5h；所述离心条件为：5000～15000rpm，5～20min；所述tris-hcl缓冲溶液的浓度为20mm，ph为7.4；所述棒状mof探针溶液的浓度50～100mg/ml。
18.步骤二：所述的集成式电化学检测装置的组建包含以下过程：
19.过程一：丝网印刷电极的制备：利用丝网印刷技术在pet基板表面逐层套印导电银轨、工作电极、辅助电极和ag/agcl参比电极，得到三电极体系的丝网印刷电极；
20.过程二：根据需要测定微量元素的种类来选择包含相应特异识别位点的dna1，且其可与dna2进行碱基配对；选定dna1后，用灭菌水稀释dna1原液得到dna1稀释液，将dna1稀释液加入到tcep溶液中活化反应后得到活化的dna1；
21.过程三：将丝网印刷电极浸入硫酸(h2so4)溶液中，用电化学工作站采用循环伏安法扫描完成电极活化，然后用去离子水超声清洗后并在室温自然晾干；然后在活化后的丝
网印刷电极的工作电极表面滴加一定量的aunps溶液，静置一段时间，从而在工作电极表面形成一层均匀的金纳米膜；最后取过程二中的活化的dna1滴在aunps修饰的工作电极表面反应一段时间即得到处理完成的工作电极；
22.过程四：将步骤一所述的基于棒状mof探针溶液滴加在过程三处理完成的工作电极表面，在室温下孵育一段时间后，用tris-hcl缓冲溶液清洗以去除未结合的探针，得到电化学微纳传感器；
23.过程五：集成式电化学检测装置的组建：
24.所述集成式电化学检测装置由电化学微纳传感器、电源模块、阻抗转换器模块、微控制器模块和蓝牙模块组成；所述电化学微纳传感器与电源模块电性连接，电源模块与阻抗转换器模块电性连接，阻抗转换器模块与微控制器模块电性连接，微控制器模块与蓝牙模块电性连接，通过蓝牙模块与智能终端相连，通过相互之间的信号输入与输出，实现控制，共同组建为集成式电化学检测装置。
25.优选的，步骤二的过程一中所述丝网印刷电极的参比电极为1/6圆环、辅助电极为2/3圆环，开口相对，中间区域为圆形的工作电极，且工作电极、辅助电极和参比电极之间互不接触；导电银轨为三条平行的导电条，其中三条导电条的一端分别与工作电极、辅助电极和参比电极相连；每印刷一层，置70℃烘箱中烘干，烘干冷却后印刷下一层，最后，印刷绝缘油墨干燥后得到矩形的绝缘油墨图案，所述矩形绝缘油墨覆盖工作电极、参比电极与辅助电极的印刷区域以及部分导电银轨。
26.进一步的，步骤二的过程二中所述dna1为hplc纯化的寡核苷酸，购买于南京金斯瑞生物工程有限公司(南京)；所述dna1稀释液的浓度为0.5～5μm；所述tcep的浓度为5mm；所述活化反应的时间为2～3h；所述dna1稀释液与tcep的用量关系为50～400μl：10～80μl；
27.进一步的，所述dna1的序列由所检测的微量元素种类和dna2共同确定；如当检测铜时，采用含有铜离子特异识别位点的g的序列，且所选序列可以与dna2中的碱基配对相连；当检测锌时，采用含有锌离子特异识别位点的ra的序列，且所选序列可以与dna2中的碱基配对相连；
28.进一步的，步骤二的过程三中所述h2so4溶液的浓度为1mol/l；所述aunps溶液的用量为1～10μl，浓度为0.05mg/ml；所述dna1溶液的用量为1～10μl；所述静置一段时间为0.5～5h；所述反应一段时间为0.5～3h。
29.进一步的，步骤二的过程四中基于棒状mof探针溶液的用量为1～10μl；孵育时间为0.5～5h。
30.本发明还提供了基于电化学检测装置用于检测奶粉中微量元素的应用，具体包含以下过程：
31.过程一：首先配制一系列浓度的微量元素标准溶液，浓度分别为q1、q2、q3、
……
、q
n-1
、qn，共n个浓度梯度，n为正整数；然后将步骤二制备的集成式电化学检测装置中的电化学微纳传感器分别浸入上述标准溶液中，一个装置对应一个浓度的溶液；
32.过程二：智能终端通过蓝牙连接微控制器模块，打开智能终端安装的电化学检测软件，在软件上设置控制电化学微纳传感器的起止电压，利用微控制器模块生成相应的命令，传输至阻抗转换器模块并进一步向电化学微纳传感器发出信号；随后电化学微纳传感器获得预设电压，测定产生的电流响应值，被阻抗转换器模块采集并通过微控制器模块和
蓝牙传回智能终端，然后根据微量元素浓度和响应电流之间的相关关系建立标准曲线，标准曲线的方程为y＝ax b，其中x代表微量元素浓度的对数，y代表响应电流值，a和b为常数；
33.过程三：首先制备样品液，然后将步骤二制备的集成式电化学检测装置中的电化学微纳传感器浸入其中，依据过程二建立的数学模型，将电化学检测软件上测定的样品液中微量元素的响应电流值代入数学模型求其浓度，由此实现样品液中微量元素的原位定量检测。
34.进一步的，过程一中微量元素的浓度范围为0～3
×
10-7
m；所述微量元素包括铜或锌。
35.进一步的，过程二中所述电化学检测软件包括pstrace、pstouch、chi或gpes；所述智能终端包括手机、计算机或平板电脑。
36.测得结果后可根据国家标准进行判断，以微量元素铜和锌为例：如果测得的铜含量m
cu
低于5.6
×
10-6
m，锌含量m
zn
低于4.6
×
10-5
m，则说明该奶粉中的微量元素含量低于国家标准，在加工过程中要继续加入相应的微量元素盐溶液；如果测得的铜含量m
cu
高于1.3
×
10-5
m，锌含量m
zn
高于1.6
×
10-4
m，则说明该奶粉中的微量元素含量高于国家标准，在加工过程中应加入相应的原料乳。
37.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
38.(1)本发明所述的棒状mof材料拥有高吸附容量、稳定性高、表面活性位点多等特点。
39.(2)本发明所述的传感器将mof原位催化与dna特异识别相结合，能有效克服奶粉复杂基质中其它组分的干扰。
40.(3)本发明将电化学微纳电极与智能终端设备相结合，提高了电化学测定便携性和实用性。
41.(4)本发明所述的电化学检测设备能够实现多组分微量元素的微区实时检测和不同区域的同时测定。
42.(5)本发明通过对液态乳原料加工过程中微量元素的动态变化测定，原位快速评价微量元素的投料及分布情况，有助于生产厂商及时调整奶粉加工工序，同时为奶粉品质的质量监督监管提高实时快速的分析方法。
附图说明
43.图1为棒状mof的扫描电镜图。
44.图2为棒状mof的透射电镜图。
45.图3为丝网印刷电极修饰过程示意图，其中1为工作电极，2为参比电极，3为辅助电极，4为导电银轨。
46.图4为智能手机辅助的集成式电化学检测装备结构示意图；其中9为电化学微纳传感器，5为电源模块，6为阻抗转换器模块，7为微控制器模块，8为蓝牙模块。
具体实施方式
47.下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此；本实施例所用的奶粉购自飞鹤官方旗舰店，具体为飞鹤星飞帆婴儿配方牛奶粉。
48.实施例1：
49.步骤一：所述的基于棒状mof探针的制备包含以下过程：
50.过程一：称取0.01g硝酸铈和0.005g h3btc分散于10ml乙醇和10ml水的混合液中，得到混合溶液a；
51.过程二：将混合溶液a转移至以聚四氟乙烯为内衬的反应釜内，将其放入油浴锅中在60℃下加热3h，加热完毕后经离心得到的白色沉淀用去离子水和乙醇分别离心清洗后，再经60℃下真空干燥得到的棒状mof材料，最后分散到400μl、ph 7.4的tris-hcl(20mm)缓冲溶液中，得到棒状mof溶液；
52.过程三：取2ml浓度为0.05mg/ml的纳米金(aunps)溶液加入到0.5ml的棒状mof溶液中搅拌3h，然后经离心(5000rpm，20min)后得到的沉淀产物用乙醇清洗，得到附有aunps的mof复合材料，记为au@mof材料；将得到的au@mof材料分散到400μl、ph7.4的tris-hcl(20mm)缓冲溶液中，得到au@mof溶液，并储存于4℃下备用；
53.过程四：根据需要测定微量元素的种类来选择包含相应特异识别位点的dna2；选定dna2后，用灭菌水稀释dna2原液得到浓度为5μm的dna2稀释液，将50μldna2稀释液加入到10μl 5mm的tcep溶液中活化2h，得到活化的dna2。再将50μl活化好的dna2与100μl的au@mof溶液混合，室温下孵育14h，得到dna2@au@mof混合液；其中，检测铜的dna2序列为3
’‑
hs-(ch2)
6-gattatgcctggcgcttctcgttttttacgagaag-5’；检测锌的dna2序列为5
’‑
aatgcttccgaccraggaagccaccacgcgat-(ch2)
6-sh-3’；
54.过程五：在100μl dna2@au@mof混合液中加入80μl质量浓度1％的牛血清白蛋白反应0.5h，经离心(5000rpm，20min)得到的产物分散于500μl的tris-hcl(20mm)缓冲溶液中，得到基于棒状mof探针溶液，并储存在4℃下备用。
55.图1为棒状mof材料的扫描电镜图，从图中可以看出棒状mof材料表面光滑，呈现出较为规则的棒状结构。
56.图2为棒状mof材料的透射电镜图，其平均直径约为100nm。
57.步骤二：所述的集成式电化学检测装置的组建包含以下过程：
58.过程一：丝网印刷电极的制备：利用丝网印刷技术在pet基板表面逐层套印导电银轨、工作电极、辅助电极和ag/agcl参比电极，得到三电极体系的丝网印刷电极；所述丝网印刷电极的参比电极为1/6圆环、辅助电极为2/3圆环，开口相对，中间区域为圆形的工作电极，且工作电极、辅助电极和参比电极之间互不接触；导电银轨为三条平行的导电条，其中三条导电条的一端分别与工作电极、辅助电极和参比电极相连；每印刷一层，置70℃烘箱中烘干，烘干冷却后印刷下一层，最后，印刷绝缘油墨干燥后得到矩形的绝缘油墨图案，所述矩形绝缘油墨覆盖工作电极、参比电极与辅助电极的印刷区域以及部分导电银轨；
59.过程二：根据需要测定微量元素的种类来选择包含相应特异识别位点的dna1，且其可与dna2进行碱基配对；用灭菌水稀释dna1原液得到0.5μm的dna1稀释液，将50μldna1稀释液加入到10μl 5mm的tcep溶液中活化2h得到活化的dna1；其中，检测铜的dna1序列为5
’‑
hs-(ch2)
6-agcaagctaatacggcttatttctcgttcg-3’；检测锌的dna1序列为5
’‑
ccaccacgctctccttaatgcttccgaccraggaagagatgtggtgg-(ch2)
6-sh-3’；
60.过程三：将丝网印刷电极浸入5ml 1mol/l的h2so4溶液中，用电化学工作站采用循环伏安法扫描完成电极活化，然后用去离子水超声清洗干净并在室温自然晾干；在活化后
的丝网印刷电极的工作电极表面滴加1μl的aunps溶液，静置0.5h，从而在工作电极表面形成一层均匀的金纳米膜；最后取1μl过程二中的活化的dna1溶液滴在aunps修饰的工作电极表面反应0.5h即得到处理完成的工作电极；
61.过程四：将1μl步骤一制备的基于棒状mof探针溶液滴加在过程三处理完成的工作电极表面，在室温下孵育0.5h后，用tris-hcl缓冲溶液清洗以去除未结合的探针，得到电化学微纳传感器(如图3所示)；
62.过程五：集成式电化学检测装置的组建：检测装置由电化学微纳传感器9、电源模块5，阻抗转换器模块6，微控制器模块7和蓝牙模块8组成；其中电化学微纳传感器9与电源模块5电性连接，电源模块5与阻抗转换器模块6电性连接，阻抗转换器模块6与微控制器模块7电性连接，微控制器模块7与蓝牙模块8电性连接；整个检测装置通过蓝牙模块8与智能手机相连，通过相互之间的信号输入与输出，实现控制，共同组建为集成式电化学检测装置(如图4所示)。
63.步骤三：所述的微量元素数学模型的建立及应用包含以下过程：
64.过程一：配制一系列浓度的铜离子标准溶液，浓度分别为0、1
×
10-13
m、1
×
10-12
m、1
×
10-11
m、1
×
10-10
m、1
×
10-9
m、1
×
10-8
m、1
×
10-7
m；将步骤二制备的集成式电化学检测装置中的电化学微纳传感器分别浸入上述标准溶液中，一个装置对应一个浓度的溶液；
65.过程二：首先打开智能手机端的pstouch软件，通过蓝牙连接微控制器模块7，在软件上设置控制电化学微纳传感器9的起止电压，利用微控制器模块7生成相应的命令，传输至阻抗转换器模块6并进一步向电化学微纳传感器9发出信号；随后电化学微纳传感器9获得预设电压，得到铜离子的响应电流值，被阻抗转换器模块6采集并通过微控制器模块7和蓝牙模块8传回智能手机，基于微量元素铜离子浓度与电流值构建数学模型y＝1.415x 22.73(r2＝0.9986)；
66.按照步骤三中过程一和二同样的操作，区别是测定微量元素锌；最后，基于微量元素锌离子浓度与电流值构建数学模型y＝10.531x 141.34(r2＝0.9923)；
67.同样亦可根据步骤三中过程一和二的操作构建其他微量元素的数学模型；
68.过程三：首先将购买的奶粉根据说明书准确冲泡，然后将步骤二制备的集成式电化学检测装置中的电化学微纳传感器浸入其中，依据过程二建立的数学模型，将测定的铜、锌的响应电流值带入已构建的数学模型求其浓度；结果显示，m
cu
为9.2
×
10-6
m，m
zn
为8.1
×
10-5
m，即铜、锌的含量均在规定范围之内。
69.实施例2：
70.步骤一：所述的基于棒状mof探针的制备包含以下过程：
71.过程一：称取0.03g硝酸铈和0.025g h3btc分散于20ml乙醇和20ml水的混合液中，得到混合溶液a；
72.过程二：将混合溶液a转移至以聚四氟乙烯为内衬的反应釜内，将其放入油浴锅中在90℃下加热2h，加热完毕后经离心得到的白色沉淀用去离子水和乙醇分别清洗后，经65℃下真空干燥得到的棒状mof材料，再分散到500μl ph 7.4的tris-hcl(20mm)缓冲溶液中，得到棒状mof溶液；
73.过程三：取5ml浓度为0.08mg/ml的纳米金(aunps)溶液加入到0.3ml的棒状mof溶液中搅拌4h，然后经离心(10000rpm，15min)后得到的沉淀产物用乙醇清洗，得到附有aunps
的mof复合材料，记为au@mof材料；将得到的au@mof材料分散到500μl ph7.4的tris-hcl(20mm)缓冲溶液中，得到au@mof溶液，并储存于4℃下备用；
74.过程四：根据需要测定微量元素的种类来选择包含相应特异识别位点的dna2；选定dna2后，用灭菌水稀释dna2原液得到浓度为8μm的dna2稀释液，将200μldna2稀释液加入到50μl 5mm的tcep溶液中活化2.5h得到活化的dna2。将200μl活化好的dna2与500μl的au@mof溶液混合，室温下孵育14h，得到dna2@au@mof混合液；其中，检测铜的dna2序列为3
’‑
hs-(ch2)
6-gtaattgcctggcgcttctcgttttttacg agaag-5’检测锌的dna2序列为5
’‑
aatcgttccgaggraccaagccaccacgcgat-(ch2)
6-sh-3’；
75.过程五：在150μl dna2@au@mof混合液中加入90μl 1％的牛血清白蛋白反应1h，经离心(10000rpm，15min)得到的产物分散于500μl tris-hcl(20mm)缓冲溶液中，得到基于棒状mof探针溶液，并储存在4℃下备用。
76.步骤二：所述的集成式电化学检测装置的组建包含以下过程：
77.过程一：丝网印刷电极的制备：利用丝网印刷技术在pet基板表面逐层套印导电银轨、工作电极、辅助电极和ag/agcl参比电极，得到三电极体系的丝网印刷电极；所述丝网印刷电极的参比电极为1/6圆环、辅助电极为2/3圆环，开口相对，中间区域为圆形的工作电极，且工作电极、辅助电极和参比电极之间互不接触；导电银轨为三条平行的导电条，其中三条导电条的一端分别与工作电极、辅助电极和参比电极相连；每印刷一层，置70℃烘箱中烘干，烘干冷却后印刷下一层，最后，印刷绝缘油墨干燥后得到矩形的绝缘油墨图案，所述矩形绝缘油墨覆盖工作电极、参比电极与辅助电极的印刷区域以及部分导电银轨；
78.过程二：根据需要测定微量元素的种类来选择包含相应特异识别位点的dna1，且其可与dna2进行碱基配对；用灭菌水稀释dna1原液得到3μm的dna1稀释液，将200μldna1稀释液加入到50μl 5mm的tcep溶液中活化2.5h得到活化的dna1；其中，检测铜的dna1序列为5
’‑
hs-(ch2)
6-agcaagcattaacggcttatttctcgttcg-3’检测锌的dna1序列为5
’‑
ccaccagcctctccttaatgcttccgaggraccaagagatgtggtgg-(ch2)
6-sh-3’；
79.过程三：将丝网印刷电极浸入5ml 1mol/l的h2so4溶液中，用电化学工作站采用循环伏安法扫描完成电极活化，然后用去离子水超声清洗干净并在室温自然晾干；在活化后的丝网印刷电极的工作电极表面滴加5μl的aunps溶液，静置3h，从而在工作电极表面形成一层均匀的金纳米膜；最后取5μl活化的dna1溶液滴在aunps修饰的工作电极表面反应1.5h即得到处理完成的工作电极；
80.过程四：将5μl步骤一制备的基于棒状mof探针溶液滴加在处理完成的工作电极表面，在室温下孵育3h后，用tris-hcl缓冲溶液清洗以去除未结合的探针，得到电化学微纳传感器(如图3所示)；
81.过程五：集成式电化学检测装置的组建：检测装置由电化学微纳传感器9、电源模块5，阻抗转换器模块6，微控制器模块7和蓝牙模块8组成；其中电化学微纳传感器9与电源模块5电性连接，电源模块5与阻抗转换器模块6电性连接，阻抗转换器模块6与微控制器模块7电性连接，微控制器模块7与蓝牙模块8电性连接；整个检测装置通过蓝牙模块8与智能手机相连，通过相互之间的信号输入与输出，实现控制，共同组建为集成式电化学检测装置(如图4所示)；
82.步骤三：所述的微量元素数学模型的建立及应用包含以下过程：
83.过程一：配制一系列浓度的铜离子标准溶液，浓度分别为0、2
×
10-13
m、2
×
10-12
m、2
×
10-11
m、2
×
10-10
m、2
×
10-9
m、2
×
10-8
m、2
×
10-7
m；将步骤二制备的集成式电化学检测装置中的电化学微纳传感器分别浸入上述标准溶液中，一个装置对应一个浓度的溶液；
84.过程二：首先打开智能手机端的pstouch软件，通过蓝牙连接微控制器模块7，在软件上设置控制电化学微纳传感器9的起止电压，利用微控制器模块7生成相应的命令，传输至阻抗转换器模块6并进一步向电化学微纳传感器9发出信号；随后电化学微纳传感器9获得预设电压，得到铜离子的响应电流值，被阻抗转换器模块6采集并通过微控制器模块7和蓝牙模块8传回智能手机，基于微量元素铜离子浓度与电流值构建数学模型y＝1.478x 20.15(r2＝0.9985)；
85.按照步骤三中过程一和二同样的操作，区别是测定微量元素锌，最后，基于微量元素锌离子浓度与电流值构建数学模型y＝10.531x 141.34(r2＝0.9923)；
86.过程三：首先将购买的奶粉根据说明书准确冲泡，然后将步骤二制备的集成式电化学检测装置中的电化学微纳传感器浸入其中，依据过程二建立的数学模型，将测定的铜、锌的响应电流值带入已构建的数学模型求其浓度。结果显示，m
cu
为9.8
×
10-6
m，m
zn
为1.1
×
10-4
m，即铜、锌的含量均在规定范围之内。
87.实施例3：
88.步骤一：所述的基于棒状mof探针的制备包含以下过程：
89.过程一：称取0.05g硝酸铈和0.05g h3btc分散于30ml乙醇和30ml水的混合液中，得到混合溶液a；
90.过程二：将混合溶液a转移至以聚四氟乙烯为内衬的反应釜内，将其放入油浴锅中在120℃下加热3h，加热完毕后经离心得到的白色沉淀用去离子水和乙醇分别清洗后，经70℃下真空干燥得到的棒状mof材料，再分散到600μl ph 7.4的tris-hcl(20mm)缓冲溶液中，得到棒状mof溶液；
91.过程三：取8ml浓度为0.1mg/ml的纳米金(aunps)溶液加入到5ml的棒状mof溶液中搅拌5h，然后经离心(15000rpm，5min)后得到的沉淀产物用乙醇清洗，得到附有aunps的mof复合材料，记为au@mof材料；将得到的au@mof材料分散到600μl ph 7.4的tris-hcl(20mm)缓冲溶液中，得到au@mof溶液，并储存于4℃下备用；
92.过程四：根据需要测定微量元素的种类来选择包含相应特异识别位点的dna2；选定dna2后，用灭菌水稀释dna2原液得到浓度为10μm的dna2稀释液，将400μldna2稀释液加入到80μl 5mm的tcep溶液中活化3h得到活化的dna2。将400μl活化好的dna2与800μl的au@mof溶液混合，室温下孵育14h，得到dna2@au@mof混合液；其中，检测铜的dna2序列为3
’‑
hs-(ch2)
6-gtaattgcgtggcgcttctcgaattttacg agaag-5’检测锌的dna2序列为5
’‑
aatccttccgaggraccaacccaccacgcgat-(ch2)
6-sh-3’；
93.过程五：在200μl dna2@au@mof混合液中加入100μl 1％的牛血清白蛋白反应1.5h，经离心(15000rpm，5min)得到的产物分散于500μl tris-hcl(20mm)缓冲溶液中，得到基于棒状mof探针溶液，并储存在4℃下备用。
94.步骤二：所述的集成式电化学检测装置的组建包含以下过程：
95.过程一：丝网印刷电极的制备：利用丝网印刷技术在pet基板表面逐层套印导电银轨、工作电极、辅助电极和ag/agcl参比电极，得到三电极体系的丝网印刷电极；所述丝网印
刷电极的参比电极为1/6圆环、辅助电极为2/3圆环，开口相对，中间区域为圆形的工作电极，且工作电极、辅助电极和参比电极之间互不接触；导电银轨为三条平行的导电条，其中三条导电条的一端分别与工作电极、辅助电极和参比电极相连；每印刷一层，置70℃烘箱中烘干，烘干冷却后印刷下一层，最后，印刷绝缘油墨干燥后得到矩形的绝缘油墨图案，所述矩形绝缘油墨覆盖工作电极、参比电极与辅助电极的印刷区域以及部分导电银轨；
96.过程二：根据需要测定微量元素的种类来选择包含相应特异识别位点的dna1，且其可与dna2进行碱基配对；用灭菌水稀释dna1原液得到5μm的dna1稀释液，将400μldna1稀释液加入到80μl 5mm的tcep溶液中活化3h得到活化的dna1；其中，检测铜的dna1序列为5
’‑
hs-(ch2)
6-agcaagcattaacggcttattgctcgttcg-3’检测锌的dna1序列为5
’‑
ccaccragcctctccttaatgcttccgaggraccaagagatgtggtgg-(ch2)
6-sh-3’；
97.过程三：将丝网印刷电极浸入5ml 1mol/l的h2so4溶液中，用电化学工作站采用循环伏安法扫描完成电极活化，然后用去离子水超声清洗干净并在室温自然晾干；在活化后的丝网印刷电极的工作电极表面滴加10μl的aunps溶液，静置5h，从而在工作电极表面形成一层均匀的金纳米膜；最后取10μl活化的dna1溶液滴在aunps修饰的工作电极表面反应3h即得到处理完成的工作电极；
98.过程四：将10μl步骤一制备的基于棒状mof探针溶液滴加在处理完成的工作电极表面，在室温下孵育5h后，用tris-hcl缓冲溶液清洗以去除未结合的探针，得到电化学微纳传感器(如图3所示)；
99.过程五：集成式电化学检测装置的组建：检测装置由电化学微纳传感器9、电源模块5，阻抗转换器模块6，微控制器模块7和蓝牙模块8组成；其中电化学微纳传感器9与电源模块5电性连接，电源模块5与阻抗转换器模块6电性连接，阻抗转换器模块6与微控制器模块7电性连接，微控制器模块7与蓝牙模块8电性连接；整个检测装置通过蓝牙模块8与智能手机相连，通过相互之间的信号输入与输出，实现控制，共同组建为集成式电化学检测装置(如图4所示)；
100.步骤三：所述的微量元素数学模型的建立及应用包含以下过程：
101.过程一：配制一系列浓度的铜离子标准溶液，浓度分别为0、3
×
10-13
m、3
×
10-12
m、3
×
10-11
m、3
×
10-10
m、3
×
10-9
m、3
×
10-8
m、3
×
10-7
m；将步骤二制备的集成式电化学检测装置中的电化学微纳传感器分别浸入上述标准溶液中，一个装置对应一个浓度的溶液；
102.过程二：首先打开智能手机端的pstouch软件，通过蓝牙连接微控制器模块7，在软件上设置控制电化学微纳传感器9的起止电压，利用微控制器模块7生成相应的命令，传输至阻抗转换器模块6并进一步向电化学微纳传感器9发出信号；随后电化学微纳传感器9获得预设电压，得到铜离子的响应电流值，被阻抗转换器模块6采集并通过微控制器模块7和蓝牙模块8传回智能手机，基于微量元素铜离子浓度与电流值构建数学模型y＝1.512x 19.84(r2＝0.9983)；
103.按照步骤三中过程一和二同样的操作，区别是测定微量元素锌，最后，基于微量元素锌离子浓度与电流值构建数学模型y＝10.485x 140.87(r2＝0.9921)；
104.过程三：首先将购买的奶粉根据说明书准确冲泡，然后将步骤二制备的集成式电化学检测装置中的电化学微纳传感器浸入其中，依据过程二建立的数学模型，将测定的铜、锌的响应电流值带入已构建的数学模型求其浓度。结果显示，m
cu
为1.1
×
10-5
m，m
zn
为9.8
×
10-5
m，即铜、锌的含量均在规定范围之内。
105.综上所述，本发明是基于一种棒状mof材料作为仿生催化剂所构建的一种高灵敏度、高特异性的便携式电化学传感器结合智能手机用于奶粉中微量元素实时原位微区检测。该检测技术操作简便，能够对微区内的微量元素进行定量分析，同时建立的多通道微纳传感体系能够实现多种微量元素的检测及样品的多区域同时测定。本发明所述传感体系能够实时监测奶粉加工过程中的微量元素情况，从而为奶粉生产企业及时调整加工工艺提供依据；同时为奶粉质量监督监管部门提供一种实时快速分析方法，具有重要的经济价值和社会意义。
106.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。