本發(fā)明涉及一種電致化學(xué)發(fā)光對硫磷傳感器的制備方法。屬于新型納米功能材料與生物傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對硫磷是一種廣譜性高毒殺蟲劑，具有觸殺、胃毒、熏蒸作用，并能滲透入植物體內(nèi)。對硫磷對昆蟲作用很快，可用于防治棉花、蘋果、柑桔、梨、桃等果樹害蟲及麥紅蜘蛛等。在土壤中，對硫磷可通過水的淋溶作用而稍向土壤深層遷移。土壤中的對硫磷可以通過植物根部吸收而進(jìn)入植物體內(nèi)。人們誤食這類植物或含有其殘留物的植物后，對硫磷能通過消化道、呼吸道及完整的皮膚和粘膜進(jìn)入人體，會出現(xiàn)惡心、嘔吐、頭痛、瀉肚、全身軟弱無力等中毒初步癥狀，長期食用或過量食用會導(dǎo)致癌變。
目前，檢測對硫磷的方法主要有色譜法、質(zhì)譜法等。此類方法儀器貴重、操作復(fù)雜，化驗人員需要專業(yè)培訓(xùn)后才能進(jìn)行檢測。因此，研發(fā)成本低、檢測快、靈敏度高、特異性強(qiáng)的對硫磷傳感器具有重要意義。
電致化學(xué)發(fā)光傳感器由于其靈敏度高、特異性好、操作簡便等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于臨床診斷、藥物分析、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。制備性能優(yōu)越的電致化學(xué)發(fā)光傳感器，其最關(guān)鍵技術(shù)就是發(fā)光強(qiáng)度及穩(wěn)定性和免疫分子的有效固定及重現(xiàn)性等性能的提高。二氧化鈦是應(yīng)用最為廣泛的一種光催化劑材料，由于片狀二氧化鈦納米材料能夠暴露更多的高指數(shù)晶面，具有更高的光催化活性，二氧化鈦納米片具有比納米粒子更好地應(yīng)用前景，對于二氧化鈦納米片的研究也備受關(guān)注。同時，二氧化鈦導(dǎo)電性差也限制了由單一二氧化鈦納米材料構(gòu)建的電致化學(xué)發(fā)光傳感器的靈敏度普遍不高，不利于實際應(yīng)用。但是，在半導(dǎo)體納米材料上修飾或復(fù)合特殊的納米材料，可以有效提高半導(dǎo)體表面的共振能量轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生更強(qiáng)的發(fā)光強(qiáng)度，并大大提高檢測靈敏度。因此，設(shè)計、制備高效、穩(wěn)定的二氧化鈦納米片及其修飾物是制備電致化學(xué)發(fā)光傳感器的關(guān)鍵技術(shù)。
二硫化鉬（化學(xué)式為MoS2）納米材料，具有二維層狀結(jié)構(gòu)，是應(yīng)用最廣泛的固體潤滑劑之一。其剝離后的片狀二維納米材料，是性能優(yōu)異的半導(dǎo)體納米材料，除了具有大的比表面積，可以作為催化劑和生物抗體的載體，提高負(fù)載量，同時作為助催化劑也具有優(yōu)良的電子傳遞性能。
目前，大多數(shù)的合成手段都是分開合成后，再將催化劑與載體進(jìn)行復(fù)合，過程繁瑣，產(chǎn)率不高。因此，對于原位復(fù)合制備具有優(yōu)良電致化學(xué)發(fā)光性能的二維納米復(fù)合材料具有廣泛的應(yīng)用前景和重要的科學(xué)意義。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種制備簡單、靈敏度高、檢測快速、特異性強(qiáng)的電致化學(xué)發(fā)光傳感器的制備方法，所制備的傳感器，可用于對硫磷的快速、靈敏檢測?；诖四康模景l(fā)明首先制備了一種新型二維納米復(fù)合材料——二氧化鈦/二硫化鉬復(fù)合材料，即鈷摻雜二氧化鈦納米方塊原位復(fù)合二硫化鉬的二維納米復(fù)合材料Co-TiO2/MoS2，利用該材料的良好的生物相容性和大的比表面積，負(fù)載上對硫磷抗體，在進(jìn)行檢測時，由于鈷摻雜二氧化鈦可以催化過氧化氫原位生成O2，并與底液中的K2S2O8進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電致化學(xué)發(fā)光信號，再利用抗體與抗原的特異性定量結(jié)合對電子傳輸能力的影響，使得電流強(qiáng)度降低，從而降低發(fā)光強(qiáng)度，最終實現(xiàn)了采用無標(biāo)記的電致化學(xué)發(fā)光方法檢測對硫磷的電致化學(xué)發(fā)光傳感器的構(gòu)建。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
1. 一種基于二維納米材料構(gòu)建的對硫磷傳感器的制備方法，其特征在于所述的對硫磷傳感器由工作電極、二維納米材料、對硫磷抗體、牛血清白蛋白組成；所述的二維納米材料為鈷摻雜二氧化鈦納米方塊原位復(fù)合二硫化鉬的二維納米復(fù)合材料Co-TiO2/MoS2；
其特征在于，所述的制備方法包括以下制備步驟：
a. 制備Co-TiO2/MoS2；
b. 制備對硫磷傳感器；
其中，步驟a制備Co-TiO2/MoS2的具體步驟為：
（1）取0.6 g二硫化鉬粉末和0.2 ~ 2.0 mmol鈷鹽共同加入到3~10 mL正丁基鋰溶液中，在氮氣保護(hù)和30 ~ 60 ℃下，攪拌12 ~ 48小時，得到反應(yīng)后的溶液；
（2）利用非極性溶劑洗滌步驟（1）中反應(yīng)后的溶液，然后在30 ~ 60 ℃下進(jìn)行水浴超聲處理，處理完后，再利用非極性溶劑洗滌處理后的溶液，真空干燥，得到鈷插層的二硫化鉬納米材料；
（3）取10 ~ 500 mg步驟（2）制得的鈷插層的二硫化鉬納米材料加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌1小時后，邊攪拌邊緩慢加入0.5 ~ 0.8 mL氫氟酸，然后160~200 ℃下在反應(yīng)釜中反應(yīng)18 ~ 24小時；
（4）將步驟（3）所得的反應(yīng)產(chǎn)物，用超純水和無水乙醇離心洗滌三次后，50 ℃下真空干燥，即制得Co-TiO2/MoS2；
所述的正丁基鋰溶液為正丁基鋰的己烷溶液，濃度為1.6 mol/L；
所述的鈷鹽選自下列之一：硫酸鈷、氯化鈷、硝酸鈷、乙酸鈷、有機(jī)鈷化合物；
所述的非極性溶劑選自下列之一：己烷、環(huán)己烷、四氯化碳、苯、甲苯；
所述的水浴超聲處理，處理時間為1小時；
步驟b制備對硫磷傳感器的具體步驟為：
（1）以ITO導(dǎo)電玻璃為工作電極，在電極表面滴涂8~12 μL的Co-TiO2/MoS2溶膠，室溫下晾干；
（2）將步驟（1）中得到的電極用緩沖溶液PBS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂8~12 μL 10 μg/mL的對硫磷抗體溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（3）將步驟（2）中得到的電極用PBS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂8~12 μL 濃度為100 μg/mL的牛血清白蛋白溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（4）將步驟（3）中得到的電極用PBS清洗，在4 ℃ 冰箱中保存晾干后，即制得對硫磷傳感器；
所述的Co-TiO2/MoS2溶膠為將50 mg 的Co-TiO2/MoS2粉末溶于10 mL超純水中，并超聲30 min后制得的水溶膠；
所述的PBS為10 mmol/L的磷酸鹽緩沖溶液，所述的磷酸鹽緩沖溶液的pH值為7.4。
2. 本發(fā)明所述的制備方法所制備的對硫磷傳感器的應(yīng)用，其特征在于，包括如下應(yīng)用步驟：
a. 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：配制一組包括空白標(biāo)樣在內(nèi)的不同濃度的對硫磷標(biāo)準(zhǔn)溶液；
b. 工作電極修飾：將如權(quán)利要求1所述的制備方法所制備的對硫磷傳感器為工作電極，將步驟a中配制的不同濃度的對硫磷標(biāo)準(zhǔn)溶液分別滴涂到工作電極表面，4 ℃ 冰箱中保存；
c. 工作曲線繪制：將Ag/AgCl電極作為參比電極，鉑絲電極作為對電極，與步驟b所修飾好的工作電極組成三電極系統(tǒng)，連接到電致化學(xué)發(fā)光檢測設(shè)備上；在電解槽中先后加入15 mL的K2S2O8溶液和100 μL 的H2O2溶液；用循環(huán)伏安法對組裝的工作電極施加循環(huán)電壓；根據(jù)所得的電致化學(xué)發(fā)光的光信號強(qiáng)度與對硫磷抗原標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度之間的關(guān)系，繪制工作曲線；空白標(biāo)樣的光信號強(qiáng)度記為D0，含有不同濃度的對硫磷標(biāo)準(zhǔn)溶液的光信號強(qiáng)度記為Di，響應(yīng)光信號強(qiáng)度降低的差值為ΔD = D0-Di，ΔD與對硫磷標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度C之間成線性關(guān)系，繪制ΔD－C工作曲線；
d. 對硫磷的檢測：用待測樣品代替步驟a中的對硫磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照步驟b和c中的方法進(jìn)行檢測，根據(jù)響應(yīng)光信號強(qiáng)度降低的差值ΔD和工作曲線，得到待測樣品中對硫磷的含量；
所述的K2S2O8溶液由1 mol K2S2O8和1 mol KCl溶于10 L 的pH=6.5緩沖溶液中制備得到，所述的pH=6.5緩沖溶液為pH值為6.5的磷酸鹽緩沖溶液；
所述的H2O2溶液為過氧化氫水溶液，所述的過氧化氫水溶液的濃度為10%。
本發(fā)明的有益成果
（1）本發(fā)明所述的對硫磷傳感器制備簡單，操作方便，實現(xiàn)了對對硫磷的快速、靈敏、高選擇性檢測，并且成本低，可應(yīng)用于便攜式檢測，具有市場發(fā)展前景；
（2）本發(fā)明首次采用原位復(fù)合的方法制備了新型光催化劑Co-TiO2/MoS2，該方法主要有三個優(yōu)勢：一是，由于鈷在二氧化鈦納米方塊上的原位生長而充分與二氧化鈦納米方塊接觸，利用鈷的金屬表面等離子體作用，有效提高了半導(dǎo)體基質(zhì)共振能量轉(zhuǎn)移能力，解決了二氧化鈦納米片雖然比表面積比較大及介孔特性適用于電致化學(xué)發(fā)光基質(zhì)材料，但是電致化學(xué)發(fā)光信號不穩(wěn)定的技術(shù)問題；二是，由于二硫化鉬片狀二維納米材料的負(fù)載特性和二氧化鈦納米方塊在其上的充分分散，極大地增大了電致化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度，解決了二氧化鈦納米片導(dǎo)電性差和電致化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度弱而不利于制備電致化學(xué)發(fā)光傳感器的技術(shù)問題；三是，由于鈷離子在該過程中既作為插層材料又作為反應(yīng)摻雜材料，最后采用原位復(fù)合的方法實現(xiàn)了該復(fù)合材料的一鍋制備，不但節(jié)省了時間、材料損耗，而且使得制備的鈷摻雜的二氧化鈦納米方塊能夠更好地均勻分散到二硫化鉬片狀二維納米材料上面。因此，該材料的有效制備，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值；
（3）本發(fā)明首次將Co-TiO2/MoS2應(yīng)用于電致化學(xué)發(fā)光生物傳感器的制備中，顯著提高了電致化學(xué)發(fā)光的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，大大提高了電致化學(xué)發(fā)光傳感器的檢測靈敏度，使得電致化學(xué)發(fā)光生物傳感器實現(xiàn)了在實際工作中的應(yīng)用；該材料的應(yīng)用，也為相關(guān)生物傳感器，如光電化學(xué)傳感器、電化學(xué)傳感器等提供了技術(shù)參考，具有廣泛的潛在使用價值。
具體實施方式
實施例1 Co-TiO2/MoS2的制備
（1）取0.6 g二硫化鉬粉末和0.2 mmol鈷鹽共同加入到3mL正丁基鋰溶液中，在氮氣保護(hù)和60 ℃下，攪拌12小時，得到反應(yīng)后的溶液；
（2）利用非極性溶劑洗滌步驟（1）中反應(yīng)后的溶液，然后在60 ℃下進(jìn)行水浴超聲處理，處理完后，再利用非極性溶劑洗滌處理后的溶液，真空干燥，得到鈷插層的二硫化鉬納米材料；
（3）取500 mg步驟（2）制得的鈷插層的二硫化鉬納米材料加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌1小時后，邊攪拌邊緩慢加入0.5 mL氫氟酸，然后160 ℃下在反應(yīng)釜中反應(yīng)18小時；
（4）將步驟（3）所得的反應(yīng)產(chǎn)物，用超純水和無水乙醇離心洗滌三次后，50 ℃下真空干燥，即制得Co-TiO2/MoS2；
所述的正丁基鋰溶液為正丁基鋰的己烷溶液，濃度為1.6 mol/L；
所述的鈷鹽為硫酸鈷；
所述的非極性溶劑為己烷；
所述的水浴超聲處理，處理時間為1小時。
實施例2 Co-TiO2/MoS2的制備
（1）取0.6 g二硫化鉬粉末和1.0 mmol鈷鹽共同加入到5 mL正丁基鋰溶液中，在氮氣保護(hù)和30 ℃下，攪拌24小時，得到反應(yīng)后的溶液；
（2）利用非極性溶劑洗滌步驟（1）中反應(yīng)后的溶液，然后在30 ℃下進(jìn)行水浴超聲處理，處理完后，再利用非極性溶劑洗滌處理后的溶液，真空干燥，得到鈷插層的二硫化鉬納米材料；
（3）取200 mg步驟（2）制得的鈷插層的二硫化鉬納米材料加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌1小時后，邊攪拌邊緩慢加入0.6 mL氫氟酸，然后180 ℃下在反應(yīng)釜中反應(yīng)20小時；
（4）將步驟（3）所得的反應(yīng)產(chǎn)物，用超純水和無水乙醇離心洗滌三次后，50 ℃下真空干燥，即制得Co-TiO2/MoS2；
所述的正丁基鋰溶液為正丁基鋰的己烷溶液，濃度為1.6 mol/L；
所述的鈷鹽為氯化鈷；
所述的非極性溶劑為四氯化碳；
所述的水浴超聲處理，處理時間為1小時。
實施例3 Co-TiO2/MoS2的制備
（1）取0.6 g二硫化鉬粉末和2.0 mmol鈷鹽共同加入到10 mL正丁基鋰溶液中，在氮氣保護(hù)和50 ℃下，攪拌48小時，得到反應(yīng)后的溶液；
（2）利用非極性溶劑洗滌步驟（1）中反應(yīng)后的溶液，然后在50 ℃下進(jìn)行水浴超聲處理，處理完后，再利用非極性溶劑洗滌處理后的溶液，真空干燥，得到鈷插層的二硫化鉬納米材料；
（3）取10 mg步驟（2）制得的鈷插層的二硫化鉬納米材料加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌1小時后，邊攪拌邊緩慢加入0.8 mL氫氟酸，然后200 ℃下在反應(yīng)釜中反應(yīng)24小時；
（4）將步驟（3）所得的反應(yīng)產(chǎn)物，用超純水和無水乙醇離心洗滌三次后，50 ℃下真空干燥，即制得Co-TiO2/MoS2；
所述的正丁基鋰溶液為正丁基鋰的己烷溶液，濃度為1.6 mol/L；
所述的鈷鹽為乙酸鈷；
所述的非極性溶劑為苯；
所述的水浴超聲處理，處理時間為1小時。
實施例4 對硫磷傳感器的制備方法
（1）將寬為1 cm、長為4 cm的ITO導(dǎo)電玻璃作為工作電極，在電極表面滴涂8 μL的Co-TiO2/MoS2溶膠，室溫下晾干；
（2）將步驟（1）中得到的電極用緩沖溶液PBS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂8 μL 10 μg/mL的對硫磷抗體溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（3）將步驟（2）中得到的電極用PBS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂8 μL 濃度為100 μg/mL的牛血清白蛋白溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（4）將步驟（3）中得到的電極用PBS清洗，4 ℃ 冰箱中保存晾干后，即制得對硫磷傳感器；
所述的Co-TiO2/MoS2溶膠為將50 mg 的Co-TiO2/MoS2粉末溶于10 mL超純水中，并超聲30 min后制得的水溶膠；
所述的PBS為10mmol/L的磷酸鹽緩沖溶液，所述的磷酸鹽緩沖溶液的pH值為7.4。
實施例5 對硫磷傳感器的制備方法
（1）將寬為1 cm、長為4 cm的ITO導(dǎo)電玻璃作為工作電極，在電極表面滴涂10 μL的Co-TiO2/MoS2溶膠，室溫下晾干；
（2）將步驟（1）中得到的電極用緩沖溶液PBS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂10 μL 10 μg/mL的對硫磷抗體溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（3）將步驟（2）中得到的電極用PBS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂10 μL 濃度為100 μg/mL的牛血清白蛋白溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（4）將步驟（3）中得到的電極用PBS清洗，在4 ℃ 冰箱中保存晾干后，即制得對硫磷傳感器；
所述的Co-TiO2/MoS2溶膠為將50 mg 的Co-TiO2/MoS2粉末溶于10 mL超純水中，并超聲30 min后制得的水溶膠；
所述的PBS為10 mmol/L的磷酸鹽緩沖溶液，所述的磷酸鹽緩沖溶液的pH值為7.4。
實施例6 對硫磷傳感器的制備方法
（1）將寬為1 cm、長為4 cm的ITO導(dǎo)電玻璃作為工作電極，在電極表面滴涂12 μL的Co-TiO2/MoS2溶膠，室溫下晾干；
（2）將步驟（1）中得到的電極用緩沖溶液PBS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂12 μL 10 μg/mL的對硫磷抗體溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（3）將步驟（2）中得到的電極用PBS清洗，繼續(xù)在電極表面滴涂12 μL 濃度為100 μg/mL的牛血清白蛋白溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（4）將步驟（3）中得到的電極用PBS清洗，在4 ℃ 冰箱中保存晾干后，即制得對硫磷傳感器；
所述的Co-TiO2/MoS2溶膠為將50 mg 的Co-TiO2/MoS2粉末溶于10 mL超純水中，并超聲30 min后制得的水溶膠；
所述的PBS為10 mmol/L的磷酸鹽緩沖溶液，所述的磷酸鹽緩沖溶液的pH值為7.4。
實施例7 實施例1~6制備的對硫磷傳感器，應(yīng)用于對硫磷的檢測，步驟如下：
（1）標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：配制一組包括空白標(biāo)樣在內(nèi)的不同濃度的對硫磷標(biāo)準(zhǔn)溶液；
（2）工作電極修飾：將如權(quán)利要求1所述的制備方法所制備的對硫磷傳感器為工作電極，將步驟（1）中配制的不同濃度的對硫磷標(biāo)準(zhǔn)溶液分別滴涂到工作電極表面，4 ℃ 冰箱中保存；
（3）工作曲線繪制：將飽和甘汞電極作為參比電極，鉑絲電極作為輔助電極，與步驟（2）所修飾好的工作電極組成三電極系統(tǒng)，連接到電致化學(xué)發(fā)光檢測設(shè)備上；在電解槽中先后加入15 mL的K2S2O8溶液和100 μL 的H2O2溶液；用循環(huán)伏安法對組裝的工作電極施加循環(huán)電壓；根據(jù)所得的電致化學(xué)發(fā)光的光信號強(qiáng)度與對硫磷抗原標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度之間的關(guān)系，繪制工作曲線；空白標(biāo)樣的光信號強(qiáng)度記為D0，含有不同濃度的對硫磷標(biāo)準(zhǔn)溶液的光信號強(qiáng)度記為Di，響應(yīng)光信號強(qiáng)度降低的差值為ΔD = D0-Di，ΔD與對硫磷標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度C之間成線性關(guān)系，繪制ΔD－C工作曲線；對硫磷的線性檢測范圍為：0.003~100 ng/mL，檢出限為：1.1 pg/mL；
（4）對硫磷的檢測：用待測樣品代替步驟a中的對硫磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照步驟b和c中的方法進(jìn)行檢測，根據(jù)響應(yīng)光信號強(qiáng)度降低的差值ΔD和工作曲線，得到待測樣品中對硫磷的含量；
所述的K2S2O8溶液由1 mol K2S2O8和1 mol KCl溶于10 L 的pH=6.5緩沖溶液中制備得到，所述的pH=6.5緩沖溶液為pH值為6.5的磷酸鹽緩沖溶液；
所述的H2O2溶液為過氧化氫水溶液，所述的過氧化氫水溶液的濃度為10%。