双金属氧化物及其制备方法和信号翻转检测抗生素的应用

本发明涉及生物，尤其涉及一种双金属氧化物及其制备方法和信号翻转检测抗生素的应用。

背景技术：

1、食品中抗生素残留是影响动物源性食品安全的重要隐患。其中，卡那霉素（kanamycin，kana）作为第二线抗生素，因其价格低廉、抗菌谱广被广泛用作人畜共用药。然而不合理的使用也会导致其在动物源性食品及环境中残留，残留在食品和环境中的kana可以通过食物链和生物循环系统进入人体，对人体健康造成不同程度的损害，如耳毒性、肾毒性及抗生素耐药性等。因此，为保障食品安全，开发一种简单快速、高灵敏度检测食品中kana等抗生素残留的方法十分必要。

2、光电化学传感器由于其低成本、高灵敏度、低背景信号、短响应时间、易于使用和小型化的优点，故在检测抗生素方面备受关注，但是已报道的传感器大多数是基于单方向信号响应策略构建起来的，不利于消除实际样品中干扰物对检测抗干扰能力和灵敏度的不良影响，可能会出现假阳性或假阴性误差，严重限制了其在抗生素分析检测中的应用与发展。

3、光电流方向翻转传感器具有高选择性和高灵敏度的优势，在最近发展流行起来。作为光电流方向翻转体系的核心要素，光电活性材料直接影响其翻转效能，现有翻转材料大多是单一半导体，光电转换效率降低。因此，开发一种高性能的新型双金属氧化物翻转材料，并将其应用于抗生素的光电流方向翻转检测平台是一项值得深入探讨且有意义的研究工作。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种适用于食品中痕量抗生素检测的光电化学生物传感器的双金属氧化物及其制备方法和应用；该生物传感器主要是通过构建光电流方向翻转策略来消除背景信号的干扰，同时通过酶切信号放大技术以增加信号输出制得，从而达到提高检测kana等抗生素的选择性和灵敏度的目的。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、一种双金属氧化物，为三氧化二钪@氧化铜，由sc2o3和cuo组成的八面体晶体结构，其中本文中简写为sc2o3@cuo。

4、上述双金属氧化物的x射线粉末衍射图在下列2θ值处具有特征峰：22.0°±0.20°、31.5°±0.20°、36.4°±0.20°、43.0°±0.20°、52.4°±0.20°、62.5°±0.20°、32.7°±0.20°、35.5°±0.20°、38.8°±0.20°、48.7°±0.20°、53.5°±0.20°、58.4°±0.20°和61.6°±0.20°。

5、一种双金属氧化物的制备方法，包括：将金属有机框架mof-919-sc晶体于350～650℃加热反应，得到黑色粉末，即可获得sc2o3@cuo。

6、其中，mof-919-sc晶体的制备方法包括：先将六水氯化钪、三水合硝酸铜和4-吡唑羧酸溶解在dmf中，并于80～120℃下加热合成mof-919-sc晶体。所述mof-919-sc晶体经过干燥处理后成为绿色粉末。

7、一种双金属氧化物复合材料，主要由上述sc2o3@cuo和通过静电吸附在sc2o3@cuo八面体表面的纳米金颗粒（aunps）组成的三氧化二钪@氧化铜@纳米金。本文中，该双金属氧化物复合材料简写为“sc2o3@cuo@aunps”。其中，优选地，aunps的粒径为10～15 nm。

8、上述sc2o3@cuo@aunps的制备方法，包括：先将上述sc2o3@cuo和aunps在水中进行超声分散处理，再进行过滤干燥处理即可。

9、其中，所述aunps的制备方法包括：先在搅拌条件下，将四氯金酸溶液加热至爆沸，随后在剧烈搅拌下迅速加入柠檬酸钠溶液，冷凝回流并继续搅拌，取出后用冰水冷却至室温即可。

10、一种光电流信号翻转型光电化学传感器，包括：tio2/ito电极以及修饰在tio2/ito电极表面的标记有氨基的发夹探针hp2（hairpin probe 2）、标记有生物素的辅助探针s2和信号探针，所述信号探针为包裹有链霉亲和素（streptavidin，sa）的sc2o3@cuo@aunps；

11、所述辅助探针s2主要由通过竞争作用释放的辅助探针s1和标记有所述生物素的发夹探针hp1（hairpin probe 1）在酶的作用下发生酶切反应获得，其中，通过竞争作用释放的辅助探针s1主要是由mnps-apt/s1与待测抗生素的混合孵育获得，其中，“mnps-apt/s1”为“磁性纳米粒子-适配体/辅助探针s1”的缩写；

12、所述辅助探针s2打开所述发夹探针hp2，暴露出tio2/ito电极表面辅助探针s2上的生物素，该生物素与链霉亲和素sa结合，使得所述信号探针修饰至所述tio2/ito电极表面，形成光电信号与tio2/ito电极相反的sc2o3@cuo@aunps/tio2/ito电极。

13、一种上述光电化学传感器的制备方法，包括步骤：

14、加入交联剂：先将壳聚糖（cs）溶液加至所述tio2/ito电极表面，再滴加戊二醛（gld）溶液并室温孵育，将cs和gld依次修饰到所述tio2/ito电极，得到cs/tio2/ito电极；其中，所述tio2/ito电极可产生初始阳极光电流信号；

15、加入发夹探针hp2：先将发夹探针hp2通过室温孵育组装到所述cs/tio2/ito电极上，再采用牛血清（bsa）封闭tio2上的活性位点，制得bsa/hp2/cs/tio2/ito电极；

16、加入辅助探针s2：先将羧基磁珠（mnps）与适配体apt反应结合，获得mnps-apt；再将mnps-apt与辅助探针s1进行杂交形成mnps-apt/s1，获得mnps-apt/s1重悬液；向所述mnps-apt/s1重悬液中加入待测抗生素进行反应，释放出所述mnps-apt/s1中的辅助探针s1，磁分离，取其含有辅助探针s1的上清液；向所述含有辅助探针s1的上清液中加入标记有生物素的发夹探针hp1和exoⅲ酶进行酶切反应，形成标记有所述生物素的辅助探针s2；将所述辅助探针s2组装至所述bsa/hp2/cs/tio2/ito电极上，得到s2/bsa/hp2/cs/tio2/ito电极；

17、加入信号探针：先将上述sc2o3@cuo@aunps溶于sa溶液中反应，合成sc2o3@cuo@aunps-sa，并制备sc2o3@cuo@aunps-sa悬浮液；将所述sc2o3@cuo@aunps-sa悬浮液加入s2/bsa/hp2/cs/tio2/ito电极表面进行孵育，得到sc2o3@cuo@aunps-sa/s2/bsa/hp2/cs/tio2/ito电极。

18、所述抗生素为kana、四环素、土霉素或青霉素。本文中的apt为具体抗生素对应的现有适配体。

19、其中，所述tio2/ito电极的制备方法包括：先采用溶剂热法合成nh2-mil-125(ti)，并对所述nh2-mil-125(ti)进行碳化处理，得到淡黄色固体粉末tio2多面体；再以所述tio2多面体为溶质，配制tio2多面体悬浮液；然后将所述tio2多面体悬浮液滴加到ito电极上，制得所述tio2/ito电极。其中，所述nh2-mil-125(ti)进行碳化处理的步骤包括将nh2-mil-125(ti)加热至300～450℃加热反应获得淡黄色固体。

20、一种上述光电流信号翻转型光电化学传感器在检测食品中抗生素浓度的应用。

21、基于上述应用，包括步骤：将所述电流方向翻转型光电化学传感器置于含0.1 mph 7.4的抗坏血酸的tril-hcl缓冲溶液中进行pec检测，检测出所述抗生素在不同浓度下的光电流信号；依据检测结果构建抗生素浓度和光电流信号之间的线性方程。优选地，检测电压为0 v。

22、在所述加入辅助探针s2的步骤中，向所述mnps-apt/s1重悬液中加入待测抗生素溶液，均匀混合后置于恒温震荡仪上37℃反应30～120 min，通过竞争作用将所述mnps-apt/s1中的辅助探针s1释放出来，然后磁分离取其上清液，该上清液中含有释放出的辅助探针s1。优选地，所述待测抗生素为kana时，其和所述mnps-apt/s1的震荡孵育时间为90min。

23、在所述加入信号探针的步骤中，将所述sc2o3@cuo@aunps-sa悬浮液加入s2/bsa/hp2/cs/tio2/ito电极表面37℃孵育40～160 min，得到sc2o3@cuo@aunps-sa/s2/bsa/hp2/cs/tio2/ito电极。优选地，sc2o3@cuo@aunps-sa与s2/bsa/hp2/cs/tio2/ito电极的结合时间为120 min。

24、基于上述应用，抗生素kana的浓度范围为0.1～500 pmol/l时，构建的线性回归方程是y=-0.621x-1.502， x为lgckana，r2=0.997，检测下限0.09pmol/l；其中，y是利用所述传感器检测出的光电流信号，单位为μa； ckana代表kana的浓度。

25、因此，本发明提供的上述双金属氧化物sc2o3@cuo是由sc2o3和cuo组成的八面体晶体结构材料，该材料的比表面积为55.28 m2/g，平均孔径大小为13.6 nm，较大孔径与高比表面积有利于光的吸附，并赋予sc2o3@cuo材料良好的光电性能。

26、本发明提供的上述双金属氧化物复合材料sc2o3@cuo@aunps由sc2o3@cuo和通过静电吸附在sc2o3@cuo表面的aunps组成，并在可见光区具有吸收峰，具有优良的光电性能。此外，该复合材料修饰在tio2/ito电极表面后，可产生与tio2/ito电极光电流方向相反的光电流信号。

27、本发明提供的上述电流方向翻转型光电化学传感器中的sc2o3@cuo八面体具有优异的光电活性，同时结合运用aunps的lspr效应形成了sc2o3@cuo@aunps等材料，提高了pec信号源的响应值；将光电流方向翻转策略引入抗生素的检测应用中，消除背景信号干扰，具有优异的抗干扰能力和高灵敏度；运用均相中的exo iii辅助信号循环放大技术，增大了固液接触面积，有利于提高目标物的捕获效率，同时实现了目标物kana的信号转换和信号循环放大。因此，本发明提供的传感器基于mofs衍生的tio2纳米材料，联合光电流方向翻转策略及酶切信号放大技术，能建立一种检测抗生素的pec新方法，该方法具有灵敏度高、准确度好、选择性强、稳定性高、重现性好等优势，实现牛奶和蜂蜜等动物源食品中抗生素的快速检测，在保障食品安全方面具有潜在的价值。