基于中空光纤的农残检测传感器制备方法与流程

本发明涉及农残检测技术领域，特别涉及一种基于中空光纤的农残检测传感器制备方法。

背景技术：

农药的使用在保证农作物高产增收方面发挥着巨大的作用，但过量、不合理的农药施用已经对我国农业环境带来持久性污染，对生态系统造成难以弥补的破坏，农药在农产品中的残留对食品安全和生命健康已构成直接威胁，然而，对农残进行高选择、高通量的在线检测仍然是一个挑战。农药残留检测的主要方法有：气相色谱法、液相色谱法、质谱法等，这些方法灵敏度高，但所需的仪器一般为实验室大型仪器、价格较为昂贵，且难以应用于现场在线的检测。

近年来，出现了不少行之有效的鉴别和分析检测方法，主要有如下几种：第一种，免疫生物传感方法，该方法利用高度有序排列而成的氨基酸分子作为抗体，根据其可与农药分子抗原高度专一地可逆结合，实现对农残的快速检测；然而，生物抗体材料来源有限，使用寿命短，在苛刻条件下可能失去敏感特性。第二种，酶抑制法，该方法利用酶抑制原理可以制作电化学传感和荧光探针；酶抑制法主要缺点有：酶抑制作用受干扰大，选择性低；有机磷与酶的不可逆键合性强，酶被抑制后难再生；温度、酸碱性对酶的影响大。第三种，化学发光分析法，该方法具有线性范围宽、仪器设备简单、分析快速的等诸多优点，利用化学发光法已实现对有机磷类、氨基甲酸酯类等农药残留的检测，但化学发光分析法选择性差严重限制其应用发展。第四种，表面增强拉曼散射，该方法具有很强的指纹识别特性，无损、样品所需量小等优点，目前已有文献报道增强拉曼对农残的检测，然而拉曼检测的可靠性和重复性问题影响和制约了其应用的发展。以上方法目前还主要为实验室分析技术与手段，难以满足环境与农产品中农残选择性、高通量在线或现场检测需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于中空光纤的农残检测传感器制备方法，能够重复制备出高选择、高通量的农残检测传感器。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种基于中空光纤的农残检测传感器制备方法，包括如下步骤：(a)以纳米粒子为衬底，合成具有农药分子印记的纳米人工抗体；(b)对纳米人工抗体进行荧光标记获得兼有荧光标识和农药分子印记的纳米芯壳粒子；(c)将纳米芯壳粒子组装在空心光纤的内表面即可。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：该方法制成的传感器能够很好的检测农残，通过对纳米粒子进行农药分子印记，可以解决纳米材料对农药分子的选择性富集和识别的问题，荧光标识将目标农药分子的结合转化成可输出的荧光敏感信号，通过对荧光信号进行光谱分析，就能得出相应的农药分子残留量信息，同时该方法步骤简单、可重复性好，可大幅降低传感器的生产成本并提高产率。

附图说明

图1是具有农药分子印记的纳米人工抗体合成原理图；

图2是纳米人工抗体合成过程中进行荧光标识的原理图；

图3是纳米芯壳粒子在中空光纤内表面组装示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图3，对本发明做进一步详细叙述。

参阅图1-3，一种基于中空光纤的农残检测传感器制备方法，包括如下步骤：(a)以纳米粒子为衬底，合成具有农药分子印记的纳米人工抗体；(b)对纳米人工抗体进行荧光标记获得兼有荧光标识和农药分子印记的纳米芯壳粒子；(c)将纳米芯壳粒子组装在空心光纤的内表面即可。该方法制成的传感器能够很好的检测农残，通过对纳米粒子进行农药分子印记，可以解决纳米材料对农药分子的选择性富集和识别的问题，荧光标识将目标农药分子的结合转化成可输出的荧光敏感信号，通过对荧光信号进行光谱分析，就能得出相应的农药分子残留量信息，同时该方法步骤简单、可重复性好，可大幅降低传感器的生产成本并提高产率。在制备传感器时，根据农药分子结构的不同，可以选择合适的步骤对纳米粒子进行农药分子印记。

纳米粒子有很多种，如二氧化硅、二氧化钛、金银粒子、多种量子点、磁性粒子等，结构类型包括纳米线、纳米管、纳米球、纳米空心粒子和纳米芯壳粒子等，由于氧化硅材料具有刚性强、结合位点的保持性好、容易进行功能化修饰等优点，特别适合于在化学生物传感器方面应用的人工抗体材料，故这里的纳米粒子可以优选制备相对容易的二氧化硅纳米粒子作为衬底。

参阅图1，根据不同的农药分子，对纳米粒子进行农药分子印记的步骤和加入的反应溶剂都不尽相同，这里提供两种实施方式，分别对杂环农药分子(例如杀螟硫磷fenitrothion)和2,4-二氯苯氧乙酸有机氯农药进行农药分子印记，其他农药分子的印记可以参考这两个方案。

实施例一：所述的农药分子为杂环农药分子，步骤a通过如下步骤合成纳米人工抗体：(a11)选择具有羟基的纳米粒子作为衬底；(a12)利用氨丙基三乙氧基硅烷与纳米粒子上的羟基发生醇解反应而将氨丙基三乙氧基硅烷中的氨丙基修饰到纳米粒子表面；(a13)加入杂环农药分子，富电子的氨丙基与缺电子的杂环农药分子之间具有强烈的电荷转移作用而形成较稳定的apts-杂环农药分子复合物；(a14)利用二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂，通过加热聚合后使得apts-杂环农药分子复合物固化；(a15)通过萃取、酸解或化学反应去杂环农药模板分子，得到具有杂环农药分子印记的纳米人工抗体。

实施例二：所述的农药分子为有机氯农药分子，步骤a通过如下步骤合成纳米人工抗体：(a21)选择具有羟基的纳米粒子作为衬底；(a22)利用氨丙基三乙氧基硅烷与纳米粒子上的羟基发生醇解反应而将氨丙基三乙氧基硅烷中的氨丙基修饰到纳米粒子表面；(a23)加入乙酸缓冲液，将醛基修饰到纳米粒子表面；(a24)加入2,4-二氯苯氧乙酸有机氯农药，通过电荷转移得到apts-有机氯农药分子复合物；(a25)利用二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂，通过加热聚合后使得apts-有机氯农药分子复合物固化；(a26)通过萃取、酸解或化学反应去有机氯农药模板分子，得到具有有机氯农药分子印记的纳米人工抗体。

上述两个实施例中，其基本原理都是先将农药分子结合到纳米粒子上，再通过各种物理或化学手段去除农药模板分子，即可留下农药分子印记。在反应过程中，通过控制试剂浓度和用量、溶胶化温度、浸泡时间以及凝胶化和老化温度等条件可以形成具有高结合容量、高选择性、形貌和结构控制的纳米人工抗体材料。

参阅图2，通过在纳米粒子上形成农药分子印记，可以实现农药分子的采集，为了方便地将采集到的信息转换成容易识别的光、电信号，这里继续对纳米人工抗体进行荧光标识。本案中通过在具有农药印记的纳米人工抗体中引入含有异硫氰酸的荧光素分子来实现纳米人工抗体的荧光标记，对于采用荧光染料进行标记，主要基于氨基与异硫氰酸的反应，这里可以通过两种基本的方式对纳米人工抗体进行荧光标记：方式一，所述的步骤b中，通过如下步骤获得纳米芯壳粒子：(b1)利用氨丙基三乙氧基硅烷上的氨基与荧光素分子上的活性基团异硫氰酸偶合反应，形成新的带有发光团的fitc-apts功能前体；(b2)通过fitc-apts功能前体和农药分子印记的聚合反应来直接获得兼有荧光标识与农药分子印记的纳米芯壳粒子。方式二，所述的步骤b中，将纳米人工抗体材料微孔内表面带有部分的氨基与含有活性异硫氰基的荧光分子反应对已经合成好的纳米人工抗体进行荧光标识后得到纳米芯壳粒子。

参阅图3，鉴于空芯光子晶体光纤有如下优点：大直径无截止单模传输、极好的非线性效应和双折射效应、优良的色度色散性能、较高的能量传输能力、易于实现多芯传输，故本发明中优选地将兼有荧光标识和农药分子印记的纳米芯壳粒子修饰到空芯光子晶体光纤的内表面，当然，也可以选择其他合适的被修饰材料。所述的步骤c中，通过如下步骤进行组装：(c1)通过浓硫酸和双氧水对光纤内表面进行亲水处理使其表面含有较多的羟基；(c2)通过氨丙基三乙氧基硅烷使光纤内表面氨基化；(c3)利用两端活性的乙二醛对中空光纤内表面进行醛基修饰；(c4)充分洗涤没有结合的乙二醛，由于乙二醛是一种交联剂，可使含氨基修饰的纳米人工抗体产生团聚，因此应该在将其修饰到光纤表面后需要充分洗涤没有结合的乙二醛；(c5)加入纳米芯壳粒子，纳米芯壳粒子表面剩余的氨基与乙二醛悬置的醛基相键合从而将纳米芯壳粒子组装到中空光纤内表面制成传感器。该步骤可以实现兼有荧光标识和农药分子印记的纳米芯壳粒子自组装到空芯光子晶体光纤的内表面上，实现起来非常方便。