專利名稱：一種基于碳納米管的便攜式酶傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于植保機械領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前用于檢測有機磷農(nóng)藥濃度的方法主要有酶聯(lián)免疫法、色譜檢測法、超臨界萃取技術(shù)、酶抑制法等。其中酶聯(lián)免疫法雖然具有靈敏度高、專一性強、操作簡便等優(yōu)點，但是由于農(nóng)藥種類繁多，抗體制備難度大，導致該方法的應(yīng)用范圍受到很大限制；色譜分析法可以給出有機磷農(nóng)藥的定性、定量結(jié)果，但對檢測人員的技術(shù)要求較高，且需要較大的檢測設(shè)備投入；超臨界萃取設(shè)備一次性投資很大，操作人員技術(shù)要求較高；酶抑制法則需要工作電極、參比電極、對電極同時置于溶液中進行檢測，該方法中的三電極的分散開來的，且待測物用量大，除此之外，該方法最大的缺點在于電極表面固體膜無法更新，進行一次檢測后必須進行電極表面的拋光打磨，實驗室多用玻碳作工作電極，雖然比較容易打磨，但是修飾基團相對困難。本發(fā)明研究一種檢測有機磷農(nóng)藥濃度的新設(shè)備，該設(shè)備不僅投資少，制作簡單，便于攜帶，還可以一次性使用，修飾基團方面更是優(yōu)于碳電極，同時也保持了檢驗的高靈敏度。實現(xiàn)了農(nóng)藥濃度現(xiàn)場實時監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提出一種可用于現(xiàn)場實時檢測毒死蜱等有機磷農(nóng)藥濃度的便攜式酶傳感器。該便攜式酶傳感器，是一種絲網(wǎng)印刷金電極表面固定有乙酰膽堿酯酶的碳納米管復合材料的酶傳感器，由絲網(wǎng)印刷金電極1、連接線2和固定有乙酰膽堿酯酶的碳納米管復合材料修飾層3構(gòu)成；絲網(wǎng)印刷金電極I 一端與連接線2相連，另一端工作電極被包裹有乙酰膽堿酯酶的碳納米管復合材料修飾層3所覆蓋；碳納米管復合材料修飾層3由碳納米管和殼聚糖-醋酸組成。連接線2 —般采用銅絲作導線，外包絕緣層構(gòu)成。絲網(wǎng)印刷金電極I是三電極合一的膜片式微電極，長*寬*高為33mm*10mm*0. 5mm,是一種便于攜帶的可棄式酶電極。本發(fā)明還提出了基于碳納米管的便攜式酶傳感器的制備方法，具體步驟如下
(1)、配制O.5%殼聚糖-醋酸溶液稱取O. 2g O. 5%殼聚糖置于40mL 2%醋酸溶液中，放在超聲清洗儀中處理直至殼聚糖溶解，將溶解完全的殼聚糖-醋酸溶液用PH計和Imol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=5. O，4°C條件下冷藏備用；
(2)、碳納米管酸化處理稱取3g碳納米管置于酸化液(濃H2SO4:濃HN03=3:1)中超聲分散6h，分裝在4支離心管中，對稱置于離心機中900rpm條件下離心3min，去除上層酸液后用二次水超聲清洗再離心，如此反復直到上清液呈中性為止；將酸化后的碳納米管置于80°C真空干燥箱中烘干，烘干時每隔30min稱重一次，直至兩次稱量質(zhì)量相差不超過O.1g即可停止干燥；
(3)、電沉積液配制取3mg/mL碳納米管12mg,lmg/mL乙酰膽堿酯酶液4mg超聲分解于4mL O. 5%殼聚糖-醋酸溶液中形成電沉積液；
(4)、對絲網(wǎng)印刷金電極進行修飾將絲網(wǎng)印刷金電極的三電極都浸于沉積液中，利用電化學工作站在O. 3V電壓下沉積3min，使得碳納米管復合材料修飾層包裹乙酰膽堿酯酶覆蓋于電極表面(為了使沉積均勻，在進行電沉積時要放入磁轉(zhuǎn)子)，即得到基于碳納米管的便攜式酶電極；
(5)、將得到的基于碳納米管的便攜式酶電極與連接線一端的電極夾相連即構(gòu)成便攜式酶傳感器。碳納米管起到導電和催化劑的作用，同時提高了材料的分散性和比表面積?；纂姌O絲網(wǎng)印刷金電極是三電極合一的膜片式電極，是便于攜帶的可棄式電極；殼聚糖-醋酸溶液用于使碳納米管均勻分散，并固定乙酰膽堿酯酶；乙酰膽堿酯酶可特異性與乙酰膽堿反應(yīng)。由于轉(zhuǎn)接線與絲網(wǎng)印刷金電極是由電極夾相連，使絲網(wǎng)印刷金電極便于更換，實現(xiàn)了電極的方便攜帶功能，且此法制作出的酶電極響應(yīng)速度快，檢測精度高，電極加工業(yè)極為方便，故本發(fā)明制作的基于碳納米管的便攜式酶電極在食品分析、植保機械和生命科學等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。


圖1為基于碳納米管的便攜式酶電極結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為固定有乙酰膽堿酯酶的碳納米管復合材料修飾后的絲網(wǎng)印刷金電極。圖3為向基于碳納米管的便攜式酶電極表面滴加混有農(nóng)藥毒死蜱的磷酸鹽緩沖溶液。圖4為電化學工作站顯示的基于碳納米管的便攜式酶電極用于測農(nóng)藥時的循環(huán)伏安曲線，可以看到很明顯的農(nóng)藥峰；橫坐標表示電流值，縱坐標表示電壓值。圖中標號，I為絲網(wǎng)印刷碳電極，2為連接線，3為固定有碳納米管的復合材料修飾層，a為混有農(nóng)藥毒死蜱的磷酸鹽緩沖溶液。
具體實施例方式實施例1 :
第一步稱取O. 2g O. 5%殼聚糖置于40mL 2%醋酸溶液中，放在超聲清洗儀中處理直至殼聚糖溶解，將溶解完全的殼聚糖-醋酸溶液用PH計和lmol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=5. O ；第二步稱取3g碳納米管置于酸化液(濃H2SO4 :濃HN0S=3:1)中超聲分散6h，分裝在4支離心管中，對稱置于離心機中900rpm條件下離心3min，去除上層酸液后用二次水超聲清洗再離心，如此反復直到上清液呈中性為止；
第三步將酸化后的碳納米管置于80°C真空干燥箱中烘干，烘干時每隔30min稱重一次，直至兩次稱量質(zhì)量相差不超過O.1g即可停止干燥；
第四步取3mg/mL碳納米管12mg, lmg/mL乙酰膽堿酯酶液4mg超聲分解于4mL O. 5%殼聚糖-醋酸溶液中形成電沉積液；
第五步將絲網(wǎng)印刷金電極的三電極都浸于沉積液中，利用電化學工作站在O. 3V電壓下沉積3min，使得碳納米管復合材料修飾層包裹乙酰膽堿酯酶覆蓋于電極表面(為了使沉積均勻，在進行電沉積時要放入磁轉(zhuǎn)子)，即得到基于碳納米管的便攜式酶電極，如圖1和圖2所示；
第六步將得到的基于碳納米管的便攜式酶電極與連接線一端的電極夾相連即構(gòu)成便攜式酶傳感器。
2、實施例2 (本發(fā)明中修飾絲網(wǎng)印刷金電極的工作電極還可用以下方式)
第一步稱取O. 2g O. 5%殼聚糖置于40mL 2%醋酸溶液中，放在超聲清洗儀中處理直至殼聚糖溶解，將溶解完全的殼聚糖-醋酸溶液用PH計和lmol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=5. O ；第二步稱取3g碳納米管置于酸化液(濃H2SO4 :濃HN03=3:1)中超聲分散6h，分裝在4支離心管中，對稱置于離心機中900rpm條件下離心3min，去除上層酸液后用二次水超聲清洗再離心，如此反復直到上清液呈中性為止；
第三步將酸化后的碳納米管取6mg超聲分散于2mL O. 5%殼聚糖-醋酸溶液中形成碳納米管復合材料修飾液；
第四步用將絲網(wǎng)印刷金電極用小支架固定，使其工作電極一端朝上，將碳納米管復合材料修飾液滴于絲網(wǎng)印刷金電極的工作電極表面，形成碳納米管/殼聚糖修飾的電極；第五步用IOuL微型注射器取2uL乙酰膽堿酯酶滴涂于上述電極上，在電極片外部罩上燒杯，室溫下晾干，即得基于碳納米管的便攜式酶電極；
第六步將得到的基于碳納米管的便攜式酶電極與連接線一端的電極夾相連即構(gòu)成便攜式酶傳感器。利用該便攜式酶傳感器測定毒死蜱農(nóng)藥的濃度，則稱取7. 16gNa2HP04和3. 12gNaH2P04分別用二次水定容到IOOmL,再分別取Na2HPO4 81 mL，NaH2PO4 19 mL混合定容至IOOmL即得pH=7. 4的磷酸鹽緩沖液。如圖3所示，向上述基于碳納米管的便攜式酶電極的工作電極端滴磷酸鹽緩沖溶液(pH=7.4)，并利用IOuL微型注射器向其表面滴入IuL農(nóng)藥毒死蜱，另一端接轉(zhuǎn)接口與電化學工作站相連，利用電化學工作站對毒死蜱農(nóng)藥濃度進行檢測，得到如圖4所示循環(huán)伏安曲線，可以看到明顯的農(nóng)藥峰。
權(quán)利要求
1.一種基于碳納米管的便攜式酶傳感器，其特征在于由絲網(wǎng)印刷金電極(I)、連接線(2)和固定有乙酰膽堿酯酶的碳納米管復合材料修飾層(3)構(gòu)成；連接線(2)兩端分別連接絲網(wǎng)印刷金電極和測試儀；碳納米管復合材料修飾層(3)由碳納米管和殼聚糖組成，乙酰膽堿酯酶固定于碳納米管復合材料修飾層(3)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于碳納米管的便攜式酶傳感器，其特征在于所述的絲網(wǎng)印刷金電極(I)的工作電極為金，輔助電極為鉬，參比電極為銀，它是集三電極于一體的膜片式電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于碳納米管的便攜式酶傳感器，其特征在于所述的絲網(wǎng)印刷金電極(I)是一次性使用的電極，可隨時進行更換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于碳納米管的便攜式酶傳感器，其特征在于所述的連接線(2)由銅絲外包絕緣層制作而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于碳納米管的便攜式酶傳感器，其特征在于所述的連接線(2)兩側(cè)都有電極夾，便于酶電極的隨時更換。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于碳納米管的便攜式酶傳感器，其特征在于所述的碳納米管是經(jīng)過特殊處理的，具體步驟為將碳納米管粉末分散于酸化液(75%濃H2SO4 25%濃HNO3)中，超聲分散6小時后離心、清洗直至中性，然后在真空干燥箱中烘干。
7.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的基于碳納米管的便攜式酶傳感器，其特征在于所述的絲網(wǎng)印刷金電極長度范圍在25-45mm之間，寬度在6_20mm之間，厚度在O. 1-0. 8mm之間。
全文摘要
本發(fā)明屬于植保機械領(lǐng)域，具體為一種基于碳納米管的便攜式酶傳感器。主要用于毒死蜱等有機磷農(nóng)藥濃度的測定。該便攜式酶傳感器由絲網(wǎng)印刷金電極(1)、連接線(2)和固定有乙酰膽堿酯酶的碳納米管復合材料修飾層(3)構(gòu)成；連接線(2)兩端分別連接絲網(wǎng)印刷金電極和測試儀；碳納米管復合材料修飾層(3)由碳納米管和殼聚糖組成，乙酰膽堿酯酶固定于碳納米管復合材料修飾層(3)中。本發(fā)明提出的酶傳感器響應(yīng)速度快、檢測精度高、加工方便，且絲網(wǎng)印刷金電極是膜片式電極，便于攜帶和更新，可用于現(xiàn)場實時監(jiān)測目標物質(zhì)。
文檔編號G01N27/327GK103018305SQ20121052856
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者邱白晶, 馬靖, 秦維彩 申請人:江蘇大學