一种电化学酶生物传感器及其制备方法与应用

本发明涉及传感器，具体涉及一种电化学酶生物传感器及其制备方法与应用。

背景技术：

1、农药是防治农作物病虫害、提高作物产量的重要手段，在农业生产中发挥了不可替代的作用。农药的使用不仅提高了农产品的产量，还节省了大量人力，同时，农药的使用还能大大加快我国农业现代化进程，对我国农业的发展产生了很大的推动作用。其中有机磷农药具有广谱杀虫、残效期较短、价格低廉等优点，是使用最为广泛的一类农药，将有机磷农药用于防治农业害虫时，在挽回经济损失的同时，也不可避免地对环境和农产品造成不同程度的污染。尤其是食物中残留的农药进入人体后导致人出现慢性或急性疾病，严重威胁了人的身体健康。因此，开发一种便携、快速、高效的农药残留检测方法对人类农业生产活动发展以及保护环境具有重要意义。

2、目前，有机磷农药残留常用的检测方法有气相色谱法、高效液相色谱法、气相色谱-质谱法及高效液相色谱-串联质谱法等大型仪器检测方法和酶抑制法、电化学传感器法、荧光分析法等快速检测方法。仪器检测方法虽然灵敏度高，特异性好，但是不适用于农药残留现场分析，且仪器设备大，设备昂贵，需要专业人士来操作。因此近年来快速检测技术发展迅猛，酶抑制法操作简便，检测速度快，但是它灵敏度较差，假阳性较高，限制了其在农产品农药残留快速检测中的应用。荧光分析法应用范围还不够广泛，易受溶剂、温度、溶液的ph等影响从而影响测试结果。电化学酶生物传感器克服了传统检测方法的缺点，以其操作简单、便携小巧、灵敏度高等优点被广泛应运于环境监测和食品安全检测方面。其中基于乙酰胆碱酯酶(ache)的电化学生物传感器已在有机磷农药残留检测方面得到了很好的应用，但目前的ache生物传感器仍存在灵敏度低和稳定性差等方面的问题，因此研制高灵敏及稳定性好的ache生物传感器仍值得探索。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种电化学酶生物传感器。本发明的目的之二在于提供这种电化学酶生物传感器的制备方法。本发明的目的之三在于提供这种电化学酶生物传感器的应用。

2、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

3、本发明第一方面提供了一种电化学酶生物传感器，所述电化学酶生物传感器的组成包括修饰电极，所述修饰电极包括依次设置的电极基体、mxene/mos2@aunps复合纳米材料层、生物酶层；其中mxene/mos2@aunps复合纳米材料为负载纳米金粒子的mxene/mos2复合材料。

4、优选地，所述mxene/mos2@aunps复合纳米材料是由包括如下步骤的制备方法制得：所述mxene/mos2复合材料与氯金酸在溶剂中进行反应，得到mxene/mos2@aunps复合纳米材料。

5、更优选地，所述反应的时间为2-5h。

6、更优选地，所述反应中不含有外加还原剂。

7、更优选地，所述溶剂为水；进一步优选地，所述溶剂为超纯水。

8、更优选地，所述mxene/mos2复合材料在溶剂的浓度为1mg/ml。

9、更优选地，所述制备方法还包括：反应后，经冷冻干燥得到mxene/mos2@aunps复合纳米材料。

10、更优选地，所述mxene/mos2复合材料与四水合氯金酸在溶剂中进行反应，得到mxene/mos2@aunps复合纳米材料。

11、进一步优选地，所述mxene/mos2复合材料与四水合氯金酸的质量比为(1-3)：1。

12、优选地，所述mxene/mos2复合材料是由包括如下步骤的制备方法制得：在葡萄糖的辅助下，mxene材料与钼酸盐、硫源进行水热反应，制得mxene/mos2复合材料。

13、更优选地，所述mxene材料、钼酸盐、硫源的质量比为1：(2-4)：(4-8)。

14、更优选地，所述硫源为硫脲。

15、更优选地，所述钼酸盐为钼酸钠。

16、更优选地，所述mxene材料与葡萄糖的质量比为1：(2-4)。

17、更优选地，所述水热反应的温度为150-250℃。

18、更优选地，所述水热反应的时间为18-30h。

19、更优选地，所述mxene材料是由包括如下步骤的制备方法制得：ti3alc2与氢氟酸进行反应，制得mxene材料。

20、优选地，所述生物酶层为乙酰胆碱酯酶。

21、优选地，所述电极基体为玻碳电极。

22、优选地，所述电化学酶生物传感器的组成还包括对电极和参比电极。

23、本发明第二方面提供了第一方面所述的电化学酶生物传感器的制备方法，包括如下步骤：

24、s1、将mxene/mos2@aunps材料制成悬浊液，再将悬浊液涂覆在电极基体表面，形成mxene/mos2@aunps复合纳米材料层；

25、s2、将交联剂涂覆在mxene/mos2@aunps复合纳米材料层上，再涂覆生物酶溶液，制得所述电化学酶生物传感器。

26、优选地，所述电极先进行预处理，所述预处理包括抛光和清洗。

27、优选地，步骤s1中，所述悬浊液的溶剂为水；所述悬浊液中mxene/mos2@aunps材料的浓度为5-15mg/ml。

28、优选地，步骤s2中，所述交联剂为戊二醛。

29、优选地，步骤s2中，所述交联剂涂覆的具体步骤为：将s1的修饰有mxene/mos2@aunps复合纳米材料层的电极基体浸渍在交联剂溶液中。

30、更优选地，所述交联剂溶液的浓度为2.5％。

31、优选地，步骤s2中，所述生物酶溶液的活浓度为200u/g。

32、优选地，步骤s2中，所述孵育的温度为0-10℃。

33、本发明第三方面提供了第一方面电化学酶生物传感器在检测有机磷农药中的应用。

34、优选地，所述有机磷农药选自辛硫磷、对硫磷、氯吡硫磷、马拉硫磷、倍硫磷中的一种或多种。

35、本发明的有益效果是：

36、本发明提供了一种电化学酶生物传感器，在mxene/mos2复合纳米材料上通过自还原反应合成了形貌可控的aunps，其中aunps与mos2之间通过au-s键相结合，给乙酰胆碱酯酶提供了大量的活性位点，从而构建了由mxene/mos2@aunps修饰电极组成的电化学酶生物传感器。其中aunps的合成不仅加快了电子的转移速度还增强了传感器的稳定性，解决了目前的ache生物传感器存在灵敏度低和稳定性差等方面的问题。本发明利用电化学与酶抑制原理，采用差分脉冲伏安法成功实现了有机磷农药辛硫磷的检测。本发明所构建的电化学酶生物传感器灵敏度高，响应速度快，检测方法简单且该传感器所需样品少，样品无需进行复杂前处理过程且易于操作，适用于农产品中有机磷农药残留的检测。

37、具体来说，本发明与现有技术相比，具有以下的优点：

38、1)本发明采用工艺简单的一步水热法合成mxene/mos2复合纳米材料，成功的合成mos2纳米花存在于mxene材料层之间和表面，使得复合材料具有较大的比表面积，增加了结构的稳定性，解决了二维纳米材料mxene易于堆积发生塌陷进而影响电化学性能的问题，还可以利用各个组分的协同放大作用进一步增强纳米材料的电化学性能，使其优势发挥到最大化。另外刻蚀成功的mxene表面有丰富的化学成分和大量的亲水基团，也有利于乙酰胆碱酯酶的固定

39、本发明通过自还原法将金纳米粒子生长在mos2上，mos2纳米材料和aunps之间可以形成au-s键，通过协同效应的作用可以起到很好的电催化效果，增强修饰电极的电流响应。

40、2)本发明所构建的mxene/mos2@aunps电化学酶生物传感器实现了对有机磷农药的检测，具有操作简单、快速、灵敏且对样本无需复杂的前处理过程等优点。