一种检测胡萝卜醛的有机相电沉积银微电极的制备方法及其应用

1.本发明属于食品安全分析和化学检测传感技术领域，具体涉及到一种检测胡萝卜醛的有机相电沉积银微电极的制备方法及其应用。


背景技术：

2.类胡萝卜素(β-carotene)不但具有抗氧化和清除自由基的特性，还可对称性地裂解为维生素a。然而，若β-carotene发生不对称裂解时则形成了两个链长不同的β-apocarotenal分子，如胡萝卜醛(trans-β-apo-8
′‑
carotenal)。研究表明胡萝卜醛对细胞有严重副作用，在强烈的氧化应激条件下，自由基对β-carotene的攻击导致了许多不对称分解产物的形成，这些分解产物具有致癌作用，还表现出对初级大鼠肝细胞的细胞毒性和遗传毒性作用。此外，胡萝卜醛在0.1、1和5μm 时在微核水平的影响具有统计学意义，且在0.1、1和10μm时也会诱发染色体畸变。因此，对细胞微环境中胡萝卜醛的快速、准确的定性和定量检测是非常迫切的，而且目前用于检测胡萝卜醛的微型传感传感器仍未见报道。
3.本发明以碳纤维(cfme)为电极载体，设计了一种有机溶液中在cfme上电沉积尺寸小、粒径均一且致密的银纳米结构，并将电富集技术与该sers活性微电极相结合，开发了一种有机相电沉积银微电极sers检测胡萝卜醛的新方法。该方法兼具定性和定量分析有毒副作用的胡萝卜醛的特性，可实现对细胞环境中低浓度代谢产物胡萝卜醛的监测。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种检测胡萝卜醛的有机相电沉积微电极的制备方法。
7.为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种检测胡萝卜醛的有机相电沉积银微电极的制备方法，其包括如下步骤，
8.配制电解液：将硝酸银溶解在无水乙醇中，得到包含银离子的电沉积电解液；
9.电沉积制备sers活性微电极：对于碳纤维微电极进行严格清洗，干燥后进行电化学活化处理，随后执行电沉积，电沉积中使用配制电解液中制得的电沉积电解液，电沉积完成后进行冲洗和干燥，制得sers活性微电极。
10.作为本发明所述的检测胡萝卜醛的有机相电沉积银微电极的制备方法的一种优选方案，其中：配制电解液中，所述电沉积电解液中银离子的浓度为0.5～10mm。
11.作为本发明所述的检测胡萝卜醛的有机相电沉积银微电极的制备方法的一种优选方案，其中：配制电解液中，所述电沉积电解液中银离子的浓度为1mm。
12.作为本发明所述的检测胡萝卜醛的有机相电沉积银微电极的制备方法的一种优选方案，其中：电沉积制备sers活性微电极中，所述电沉积选择的沉积电位为-0.6～-0.1v。
13.作为本发明所述的检测胡萝卜醛的有机相电沉积银微电极的制备方法的一种优选方案，其中：电沉积制备sers活性微电极中，所述电沉积选择的沉积电位为-0.28～-0.1v。
14.作为本发明所述的检测胡萝卜醛的有机相电沉积银微电极的制备方法的一种优选方案，其中：电沉积制备sers活性微电极中，所述电沉积选择的沉积电位为-0.164v。
15.本发明还提供了如下技术方案：一种检测胡萝卜醛的有机相电沉积银微电极的应用。
16.本发明提供了如下技术方案：一种检测胡萝卜醛的有机相电沉积银微电极的应用，其包括如下步骤，
17.制备胡萝卜醛储备液：使用电解质溶液稀释胡萝卜醛储备液，混匀后转移至检测池中，
18.构建检测体系：以铂丝为对电极，ag/ag cl为参比电极，电沉积制备的 cfme-dag为工作电极构建检测体系；
19.定量检测胡萝卜醛：将构建完成的检测体系放置在共聚焦显微镜下，选用 10
×
镜头，532nm的激光，并调节不同的激光功率来记录微电极表面胡萝卜醛的拉曼信号。比较不同电位下胡萝卜醛的拉曼信号强弱、信号峰的位置及各信号峰间的比率，进而定性和定量分析该胡萝卜醛；
20.计算胡萝卜醛浓度：将胡萝卜醛分子在最佳电位下电富集到cfme-dag表面，将微电极放置在共聚焦显微镜10
×
镜头下，选择最佳功率激光(532nm)，每个点收集5次拉曼信号取平均值，以拉曼信号的强度变化来定量胡萝卜醛的浓度。
21.作为本发明所述的检测胡萝卜醛的有机相电沉积银微电极的应用的一种优选方法，其中：定量检测胡萝卜醛中，所述构建检测体系中，其为设置0v和保持5～20min对溶液中胡萝卜醛分子进行电驱动吸附富集。
22.作为本发明所述的检测胡萝卜醛的有机相电沉积银微电极的应用的一种优选方法，其中：定量检测胡萝卜醛中，所述构建检测体系中，其为设置0v和保持10min对溶液中胡萝卜醛分子进行电驱动吸附富集。
23.本发明有益效果：本发明提出了一种有机相电沉积银微电极sers检测胡萝卜醛的方法，以便捷的方法在cfme上制备银纳米结构，通过调控电位实现有毒副作用的胡萝卜醛的高选择性和超灵敏检测。该微尺寸多技术耦合的检测方法成本低、操作简便、检测效率高，可广泛应用于食品安全和生物医药领域。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
25.图1为本发明实施例提供的一种有机相电沉积银微电极制备和sers检测胡萝卜醛
的原理图；
26.图2为本发明实施例中不同沉积时间下制备的cfme-dag的扫描电镜图及元素eds和mapping图；
27.图中，a、b为120s下制备的cfme-dag的扫描电镜图，c为60s下制备的 cfme-dag的扫描电镜图，d为240s下制备的cfme-dag的扫描电镜图，e为 360s下制备的cfme-dag的扫描电镜图，f为沉积时间120s时cfme-dag的元素eds和mapping图；
28.图3为实施例中空白的cfme(a)，水溶液中1mm银离子(b)电沉积的 cfme-dad的扫描电镜图，(c)和(d)为实施例3中乙醇溶液中10mm银离子电沉积的cfme-dag的扫描电镜图；
29.图中，a为实施例1中空白的cfme，b为1mm银离子电沉积的cfme-dad 的扫描电镜图，c为60s下制备的cfme-dag的扫描电镜图，d为240s下制备的cfme-dag的扫描电镜图；
30.图4为实施例一中不同沉积时间下制备的cfme-dag在暗场显微镜下银纳米颗粒的散射谱图(a)，不同银离子浓度下电沉积的cfme-dag在暗场显微镜下银纳米颗粒的散射谱图(b)，两种类胡萝卜素在cfme-dag表面在施加电位条件下的sers图(c)，胡萝卜醛在不同沉积时间的cfme-dag上的sers图(d)；
31.图中，a为不同沉积时间下制备的cfme-dag在暗场显微镜下银纳米颗粒的散射谱图，b为不同银离子浓度下电沉积的cfme-dag在暗场显微镜下银纳米颗粒的散射谱图，c为两种类胡萝卜素在cfme-dag表面在施加电位条件下的sers图，d为胡萝卜醛在不同沉积时间的cfme-dag上的sers图；
32.图5为实施例一中不同浓度的胡萝卜醛在cfme-dag上施加电位和不施加电位的sers图；
33.图6为实施例2乙醇溶液中0.5mm银离子电沉积的cfme-dag的扫描电镜图(a)和该电极检测胡萝卜醛的sers信号(b)；
34.图中，a为实施例2乙醇溶液中0.5mm银离子电沉积的cfme-dag的扫描电镜图，b为该电极检测胡萝卜醛的sers信号图；
35.图7为实施例3乙醇溶液中10mm银离子电沉积的cfme-dag检测胡萝卜醛的sers信号及与其他电解液制备的电极的比较；
36.图8为实施例在1mm银离子乙醇溶液电解质中不同沉积电位下制得 cfme-dag对胡萝卜醛的raman信号。
具体实施方式
37.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
38.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
39.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
40.实施例1
41.(1)配置电解液：称取硝酸银(ag no3)用无水乙醇进行溶解，配置得到1mm 银离子浓度的电沉积有机相电解液，用于在碳纤维表面制备高sers活性银纳米结构；
42.(2)电沉积制备sers活性微电极：在电沉积实验前，碳纤维微电极(cfme) 需经过严格清洗。将cfme依次浸没于400μl丙酮、400μl 3m硝酸(hno3)、 400μl 1m koh和1.5ml超纯水中分别超声处理1min，超声处理的频率为 60hz。cfme清洗后在室温下干燥，再进行电化学活化处理，即在0.5m h2so4中，采用恒电位法分别在2v和-1v下保持30s和10s，随之，采用循环伏安法在0至1v电位范围内对cfme循环扫描14圈，当产物的性能存在异常或者其他适宜情况下进行更多次的循环处理。电极活化完成后，立即执行电沉积操作。以cfme为工作电极，铂丝为对电极，hg/hgso4为参比电极，通过恒电位法在上述(1)配置的无水乙醇溶液支持电解质中，选择沉积电位为-0.164v和沉积时间为120s。沉积完成的cfme-dag用纯水冲洗数次，室温干燥，并置于暗处保存；
43.(3)电富集胡萝卜醛分子：选择ph 7.0pbs为支持电解质，利用该电解质稀释胡萝卜醛储备液(乙醇溶液)。混匀后，转移至检测池中，以铂丝为对电极， ag/agcl为参比电极，步骤(2)制备的cfme-dag为工作电极构建检测体系。通过设置0v和电位保持10min对溶液中胡萝卜醛分子进行电驱动吸附富集；
44.(4)定量检测胡萝卜醛：将执行完步骤(3)的cfme-dag放置在共聚焦显微镜下，选用10
×
镜头，532nm的激光，并调节激光功率为1.0mw来记录微电极表面胡萝卜醛的拉曼信号。比较0～-1.0v电位下胡萝卜醛的拉曼信号强弱、信号峰的位置及各信号峰间的比率，进而定性分析该胡萝卜醛；
45.(5)将胡萝卜醛分子在0v电位下执行步骤(3)富集处理的cfme-dag放置在共聚焦显微镜10
×
镜头下，功率1.0mw，激光532nm，每个点收集5次拉曼信号取平均值，以拉曼信号的强度变化来定量胡萝卜醛的浓度。
46.实施例2
47.(1)配置电解液：称取硝酸银(ag no3)用无水乙醇进行溶解，配置得到0.5 mm银离子浓度的电沉积有机相电解液，用于在碳纤维表面制备高sers活性银纳米结构；
48.(2)电沉积制备sers活性微电极：在电沉积实验前，碳纤维微电极(cfme) 需经过严格清洗。将cfme依次浸没于400μl丙酮、400μl 3m硝酸(hno3)、400μl 1m koh和1.5ml超纯水中分别超声处理1min，超声处理的频率为 60hz。cfme清洗后在室温下干燥，再进行电化学活化处理，即在0.5m h2so4中，采用恒电位法分别在2v和-1v下保持30s和10s，随之，采用循环伏安法在0至1v电位范围内对cfme循环扫描14圈，当产物的性能存在异常或者其他适宜情况下进行更多次的循环处理。电极活化完成后，立即执行电沉积操作。以cfme为工作电极，铂丝为对电极，hg/hgso4为参比电极，通过恒电位法在上述(1)配置的无水乙醇溶液支持电解质中，选择沉积电位为-0.164v和沉积时间为120s。沉积完成的cfme-dag用纯水冲洗数次，室温干燥，并置于暗处保存；
49.(3)电富集胡萝卜醛分子：选择ph 7.0pbs为支持电解质，利用该电解质稀释胡萝卜醛储备液(乙醇溶液)。混匀后，转移至检测池中，以铂丝为对电极， ag/agcl为参比电极，步骤(2)制备的cfme-dag为工作电极构建检测体系。通过设置0v和电位保持10min对溶液中胡萝卜醛分子进行电驱动吸附富集；
50.(4)定量检测胡萝卜醛：将执行完步骤(3)的cfme-dag放置在共聚焦显微镜下，选
用10
×
镜头，532nm的激光，并调节激光功率为1.0mw来记录微电极表面胡萝卜醛的拉曼信号。比较0～-1.0v电位下胡萝卜醛的拉曼信号强弱、信号峰的位置及各信号峰间的比率，进而定性分析该胡萝卜醛；
51.(5)将胡萝卜醛分子在0v电位下执行步骤(3)富集处理的cfme-dag放置在共聚焦显微镜10
×
镜头下，功率1.0mw，激光532nm，每个点收集5次拉曼信号取平均值，以拉曼信号的强度变化来定量胡萝卜醛的浓度。
52.实施例3
53.(1)配置电解液：称取硝酸银(ag no3)用无水乙醇进行溶解，配置得到10 mm银离子浓度的电沉积有机相电解液，用于在碳纤维表面制备高sers活性银纳米结构；
54.(2)电沉积制备sers活性微电极：在电沉积实验前，碳纤维微电极(cfme) 需经过严格清洗。将cfme依次浸没于400μl丙酮、400μl 3m硝酸(hno3)、 400μl 1m koh和1.5ml超纯水中分别超声处理1min，超声处理的频率为 60hz。cfme清洗后在室温下干燥，再进行电化学活化处理，即在0.5m h2so4中，采用恒电位法分别在2v和-1v下保持30s和10s，随之，采用循环伏安法在0至1v电位范围内对cfme循环扫描14圈，当产物的性能存在异常或者其他适宜情况下进行更多次的循环处理。电极活化完成后，立即执行电沉积操作。以cfme为工作电极，铂丝为对电极，hg/hgso4为参比电极，通过恒电位法在上述(1)配置的无水乙醇溶液支持电解质中，选择沉积电位为-0.164v和沉积时间为120s。沉积完成的cfme-dag用纯水冲洗数次，室温干燥，并置于暗处保存；
55.(3)电富集胡萝卜醛分子：选择ph 7.0pbs为支持电解质，利用该电解质稀释胡萝卜醛储备液(乙醇溶液)。混匀后，转移至检测池中，以铂丝为对电极， ag/agcl为参比电极，步骤(2)制备的cfme-dag为工作电极构建检测体系。通过设置0v和电位保持10min对溶液中胡萝卜醛分子进行电驱动吸附富集；
56.(4)定量检测胡萝卜醛：将执行完步骤(3)的cfme-dag放置在共聚焦显微镜下，选用10
×
镜头，532nm的激光，并调节激光功率为1.0mw来记录微电极表面胡萝卜醛的拉曼信号。比较0～-1.0v电位下胡萝卜醛的拉曼信号强弱、信号峰的位置及各信号峰间的比率，进而定性分析该胡萝卜醛；
57.(5)将胡萝卜醛分子在0v电位下执行步骤(3)富集处理的cfme-dag放置在共聚焦显微镜10
×
镜头下，功率1.0mw，激光532nm，每个点收集5次拉曼信号取平均值，以拉曼信号的强度变化来定量胡萝卜醛的浓度。
58.实施例4
59.(1)配置电解液：称取硝酸银(ag no3)用无水乙醇进行溶解，配置得到1mm 银离子浓度的电沉积有机相电解液，用于在碳纤维表面制备高sers活性银纳米结构；
60.(2)电沉积制备sers活性微电极：在电沉积实验前，碳纤维微电极(cfme) 需经过严格清洗。将cfme依次浸没于400μl丙酮、400μl 3m硝酸(hno3)、 400μl 1m koh和1.5ml超纯水中分别超声处理1min，超声处理的频率为 60hz。cfme清洗后在室温下干燥，再进行电化学活化处理，即在0.5m h2so4中，采用恒电位法分别在2v和-1v下保持30s和10s，随之，采用循环伏安法在0至1v电位范围内对cfme循环扫描14圈，当产物的性能存在异常或者其他适宜情况下进行更多次的循环处理。电极活化完成后，立即执行电沉积操作。以cfme为工作电极，铂丝为对电极，hg/hgso4为参比电极，通过恒电位法在上述(1)配置的无水乙醇溶液
支持电解质中，选择沉积电位为-0.1v和沉积时间为120s。沉积完成的cfme-dag用纯水冲洗数次，室温干燥，并置于暗处保存；
61.(3)电富集胡萝卜醛分子：选择ph 7.0pbs为支持电解质，利用该电解质稀释胡萝卜醛储备液(乙醇溶液)。混匀后，转移至检测池中，以铂丝为对电极，ag/agcl为参比电极，步骤(2)制备的cfme-dag为工作电极构建检测体系。通过设置0v和电位保持10min对溶液中胡萝卜醛分子进行电驱动吸附富集；
62.(4)定量检测胡萝卜醛：将执行完步骤(3)的cfme-dag放置在共聚焦显微镜下，选用10
×
镜头，532nm的激光，并调节激光功率为1.0mw来记录微电极表面胡萝卜醛的拉曼信号。比较0～-1.0v电位下胡萝卜醛的拉曼信号强弱、信号峰的位置及各信号峰间的比率，进而定性分析该胡萝卜醛；
63.(5)将胡萝卜醛分子在0v电位下执行步骤(3)富集处理的cfme-dag放置在共聚焦显微镜10
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镜头下，功率1.0mw，激光532nm，每个点收集5次拉曼信号取平均值，以拉曼信号的强度变化来定量胡萝卜醛的浓度。
64.实施例5
65.(1)配置电解液：称取硝酸银(ag no3)用无水乙醇进行溶解，配置得到1mm 银离子浓度的电沉积有机相电解液，用于在碳纤维表面制备高sers活性银纳米结构；
66.(2)电沉积制备sers活性微电极：在电沉积实验前，碳纤维微电极(cfme) 需经过严格清洗。将cfme依次浸没于400μl丙酮、400μl 3m硝酸(hno3)、 400μl 1m koh和1.5ml超纯水中分别超声处理1min，超声处理的频率为 60hz。cfme清洗后在室温下干燥，再进行电化学活化处理，即在0.5m h2so4中，采用恒电位法分别在2v和-1v下保持30s和10s，随之，采用循环伏安法在0至1v电位范围内对cfme循环扫描14圈，当产物的性能存在异常或者其他适宜情况下进行更多次的循环处理。电极活化完成后，立即执行电沉积操作。以cfme为工作电极，铂丝为对电极，hg/hgso4为参比电极，通过恒电位法在上述(1)配置的无水乙醇溶液支持电解质中，选择沉积电位为-0.28v和沉积时间为120s。沉积完成的cfme-dag用纯水冲洗数次，室温干燥，并置于暗处保存；
67.(3)电富集胡萝卜醛分子：选择ph 7.0pbs为支持电解质，利用该电解质稀释胡萝卜醛储备液(乙醇溶液)。混匀后，转移至检测池中，以铂丝为对电极， ag/agcl为参比电极，步骤(2)制备的cfme-dag为工作电极构建检测体系。通过设置0v和电位保持10min对溶液中胡萝卜醛分子进行电驱动吸附富集；
68.(4)定量检测胡萝卜醛：将执行完步骤(3)的cfme-dag放置在共聚焦显微镜下，选用10
×
镜头，532nm的激光，并调节激光功率为1.0mw来记录微电极表面胡萝卜醛的拉曼信号。比较0～-1.0v电位下胡萝卜醛的拉曼信号强弱、信号峰的位置及各信号峰间的比率，进而定性分析该胡萝卜醛；
69.(5)将胡萝卜醛分子在0v电位下执行步骤(3)富集处理的cfme-dag放置在共聚焦显微镜10
×
镜头下，功率1.0mw，激光532nm，每个点收集5次拉曼信号取平均值，以拉曼信号的强度变化来定量胡萝卜醛的浓度。
70.实施例6
71.对于实施例1中通过有机相电沉积微电极制备和sers检测胡萝卜醛的原理进行示意，制得的原理图如图1所示。
72.对于实施例1在不同沉积时间下制备得的cfme-dag的扫描电镜图及元素 eds和mapping图，记录在图2中。
73.对于实施例中空白cfme，水溶液中1mm银离子和乙醇溶液中10mm电沉积的cfme-dad进行扫描电镜，制得的扫描电镜图记录在图3中，记为图3a, b；对于实施例3中乙醇溶液中10mm银离子电沉积的cfme-dag的扫描电镜图在图3中，记为图3c,d。
74.对于实施例1在不同沉积时间下制备的cfme-dag在暗场显微镜下进行观察，制得的银纳米颗粒的散射谱图记录在图4中，记为图4a，对于实施例1中不同银离子浓度下电沉积的cfme-dag进行暗场显微镜下的观察，得到的银离子纳米颗粒的散射谱图记录在图4中，记为图4b，对于两种类胡萝卜素在 cfme-dag表面在施加电位条件下的sers图记录为图4c，对于胡萝卜醛在不同沉积时间的cfme-dag上的sers图记为图4d。
75.对于实施例1中不同浓度的胡萝卜醛在cfme-dag上施加电位和不施加电位的分别情况进行sers的记录，得到的sers信号图记录在图5中。
76.对于实施例2中0.5mm银离子乙醇溶液中电沉积制得的cfme-dag进行扫描电镜观察和进行sers信号的记录，得到的扫描电镜图记录在图6中，其中 a为扫描电镜图，b为记录得到的sers信号图。
77.对于实施例3乙醇溶液中10mm银离子电沉积的cfme-dag检测胡萝卜醛的sers信号及与其他电解液制备的电极的比较记录在图7中。
78.对于实施例1、4和5在1mm银离子乙醇溶液电解质中不同沉积电位下制得cfme-dag对胡萝卜醛的sers信号进行记录，得到sers信号图记录在图8 中。
79.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。