本發(fā)明涉及一種光電化學內(nèi)吸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)領域。

背景技術(shù)：

內(nèi)吸磷是一種有機磷農(nóng)藥，帶有硫醇臭味，屬高毒類農(nóng)藥。在土壤中，內(nèi)吸磷可通過水的淋溶作用而稍向土壤深層遷移。土壤中的內(nèi)吸磷可以通過植物根部吸收而進入植物體內(nèi)。人們誤食這類植物或含有其殘留物的植物后，內(nèi)吸磷能通過消化道、呼吸道及完整的皮膚和粘膜進入人體，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致癌變。

目前，檢測內(nèi)吸磷的方法主要有色譜法、質(zhì)譜法等。此類方法儀器貴重、操作復雜，化驗人員需要專業(yè)培訓后才能進行檢測。因此，研發(fā)成本低、檢測快、靈敏度高、特異性強的內(nèi)吸磷傳感器具有重要意義。

光電化學傳感器由于靈敏度高、檢測成本低等特點，近幾年被越來越多的研究者所關注。光電化學傳感器是基于外加光源激發(fā)光電敏感材料導致電子-空穴對進行分離，在合適的偏電位條件下，實現(xiàn)電子在電極、半導體及修飾物和分析物上的快速傳遞，并形成光電流。在最優(yōu)條件下，分析物濃度的變化會直接影響光電流的大小，再利用生物免疫結(jié)合，就可以根據(jù)光電流的變化實現(xiàn)對分析物的定性定量分析。

光電化學傳感器最關鍵技術(shù)就是對光電流的大小及穩(wěn)定性等性能的提高。二氧化鈦是應用最為廣泛的一種光催化劑和光生電子基質(zhì)材料，然而，要充分發(fā)揮二氧化鈦的實際應用水平，需要一方面通過調(diào)控其材料形貌以暴露更多高活性晶面來提高光電化學活性，另一方面通過摻雜不同金屬或金屬氧化物調(diào)控光敏波長向可見光范圍擴展來提高太陽光的利用率。由于二維二氧化鈦納米材料，如二氧化鈦納米片、二氧化鈦納米方塊等，能夠暴露更多的高活性晶面，具有更高的光電化學活性，二氧化鈦納米片具有比納米粒子更好地應用前景，對于二氧化鈦納米片的研究也備受關注。而單一的二氧化鈦納米材料的光敏波長一般在紫外區(qū)，而且由于分散性差、易堆疊而互相影響，從而降低光電化學活性，不利于實際應用。因此，研發(fā)成本低、制備簡單的高光電化學活性的二氧化鈦光敏劑具有重要的科學意義和應用價值。

二硫化鉬（化學式為MoS₂）納米材料，具有二維層狀結(jié)構(gòu)，是應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行復合，過程繁瑣，產(chǎn)率不高。因此，對于原位復合制備具有優(yōu)良光電化學性能的光敏劑具有廣泛的應用前景和重要的科學意義。

此外，單一的二氧化鈦納米材料的光生電子-空穴對易復合，從而導致光電信號的減弱，并且二氧化鈦導電性差也限制了由單一二氧化鈦納米材料構(gòu)建的光電化學傳感器的靈敏度普遍不高，不利于實際應用。因此，設計、制備高效、穩(wěn)定的摻雜二氧化鈦納米片及其修飾物是制備光電化學傳感器的關鍵技術(shù)。

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、特異性強的光電化學內(nèi)吸磷傳感器的制備方法，所制備的傳感器，可用于內(nèi)吸磷的快速、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光電材料——鈷摻雜二維納米光電材料，即鈷摻雜二氧化鈦納米方塊原位復合二硫化鉬的二維納米復合材料Co-TiO₂/MoS₂，利用該材料的良好的生物相容性和大的比表面積，負載上內(nèi)吸磷抗體、固定上堿性磷酸酶，在進行檢測時，由于堿性磷酸酶可以催化L-抗壞血酸-2-磷酸三鈉鹽AAP原位產(chǎn)生L-抗壞血酸AA，并進而為光電檢測提供電子供體，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，使得光電流強度相應降低，最終實現(xiàn)了采用無標記的光電化學方法檢測內(nèi)吸磷的光電傳感器的構(gòu)建。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

1. 一種基于鈷摻雜二維納米光電材料的光電化學內(nèi)吸磷傳感器的制備方法，其特征在于所述的鈷摻雜二維納米光電材料為鈷摻雜二氧化鈦納米方塊原位復合二硫化鉬的二維納米復合材料Co-TiO₂/MoS₂，所述的光電化學內(nèi)吸磷傳感器由工作電極、Co-TiO₂/MoS₂、內(nèi)吸磷抗體、堿性磷酸酶、牛血清白蛋白組成；

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. 制備光電化學內(nèi)吸磷傳感器；

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，在氮氣保護和30 ~ 60 ℃下，攪拌12 ~ 48小時，得到反應后的溶液；

（2）利用非極性溶劑洗滌步驟（1）中反應后的溶液，然后在30 ~ 60 ℃下進行水浴超聲處理，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 ℃下在反應釜中反應18 ~ 24小時；

（4）將步驟（3）所得的反應產(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制備光電化學內(nèi)吸磷傳感器的具體步驟為：

（1）以ITO導電玻璃為工作電極，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的內(nèi)吸磷抗體溶液，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6~10 μL 濃度為20 μg/mL的堿性磷酸酶溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干；

（4）將步驟（3）中得到的電極用PBS清洗，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；

（5）將步驟（4）中得到的電極用PBS清洗，在4 ℃ 冰箱中保存晾干后，即制得光電化學內(nèi)吸磷傳感器；

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光電化學內(nèi)吸磷傳感器的應用，其特征在于，包括如下應用步驟：

a. 標準溶液配制：配制一組包括空白標樣在內(nèi)的不同濃度的內(nèi)吸磷標準溶液；

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光電化學內(nèi)吸磷傳感器為工作電極，將步驟b中配制的不同濃度的內(nèi)吸磷標準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b所修飾好的工作電極組成三電極系統(tǒng)，連接到光電化學檢測設備上；在電解槽中先后加入15mL pH=9.6的Tris–HCl緩沖溶液和5 mL 10 mmol/L的L-抗壞血酸-2-磷酸三鈉鹽AAP溶液；采用i-t測試手段，根據(jù)所得的光電流值與內(nèi)吸磷標準溶液濃度之間的關系，繪制工作曲線；

d. 內(nèi)吸磷的檢測：用待測樣品代替步驟a中的內(nèi)吸磷標準溶液，按照步驟b和c中的方法進行檢測，根據(jù)響應信號的強度值和工作曲線，得到待測樣品中內(nèi)吸磷的含量。

本發(fā)明的有益成果

（1）本發(fā)明所述的光電化學內(nèi)吸磷傳感器制備簡單，操作方便，實現(xiàn)了對樣品的快速、靈敏、高選擇性檢測，并且成本低，可應用于便攜式檢測，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，有效阻止了光生電子-空穴對的復合，極大地提高了光催化活性，由于金屬離子的作用，拓寬了光敏波長地范圍，實現(xiàn)了在可見光區(qū)地光催化作用，極大地提高了太陽光地利用效率，解決了二維二氧化鈦納米材料雖然光催化效果好，但是在太陽光照射下光催化效果差的技術(shù)問題；二是，由于二硫化鉬片狀二維納米材料的負載特性和二氧化鈦納米方塊在其上的充分分散，極大地增大了二氧化鈦納米方塊的光催化活性和解決了二維二氧化鈦納米材料不利于分散而降低光催化活性的技術(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摻雜材料，最后采用原位復合的方法實現(xiàn)了該復合材料的一鍋制備，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，具有重要的科學意義和應用價值；

（3）本發(fā)明首次將Co-TiO₂/MoS₂應用于光電化學生物傳感器的制備中，顯著提高了光生載流子的有效濃度，大大提高了光電化學傳感器的檢測靈敏度，使得光電化學生物傳感器實現(xiàn)了在實際工作中的應用；該材料的應用，也為相關生物傳感器，如電致化學發(fā)光傳感器、電化學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，在氮氣保護和60 ℃下，攪拌12小時，得到反應后的溶液；

（2）利用非極性溶劑洗滌步驟（1）中反應后的溶液，然后在60 ℃下進行水浴超聲處理，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 ℃下在反應釜中反應18小時；

（4）將步驟（3）所得的反應產(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，在氮氣保護和30 ℃下，攪拌24小時，得到反應后的溶液；

（2）利用非極性溶劑洗滌步驟（1）中反應后的溶液，然后在30 ℃下進行水浴超聲處理，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 ℃下在反應釜中反應20小時；

（4）將步驟（3）所得的反應產(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，在氮氣保護和50 ℃下，攪拌48小時，得到反應后的溶液；

（2）利用非極性溶劑洗滌步驟（1）中反應后的溶液，然后在50 ℃下進行水浴超聲處理，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 ℃下在反應釜中反應24小時；

（4）將步驟（3）所得的反應產(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 光電化學內(nèi)吸磷傳感器的制備方法

（1）將寬為1 cm、長為4 cm的ITO導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的內(nèi)吸磷抗體溶液，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，繼續(xù)在電極表面滴涂6 μL 濃度為20 μg/mL的堿性磷酸酶溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干；

（5）將步驟（4）中得到的電極用PBS清洗，在4 ℃ 冰箱中保存晾干后，即制得光電化學內(nèi)吸磷傳感器；

所述的Co-TiO₂/MoS₂溶膠為將50 mg 的實施例1所制備的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 光電化學內(nèi)吸磷傳感器的制備方法

所有制備步驟同實施例4，只有步驟中使用的Co-TiO₂/MoS₂為實施例2所制備的Co-TiO₂/MoS₂。

實施例6 光電化學內(nèi)吸磷傳感器的制備方法

所有制備步驟同實施例4，只有步驟中使用的Co-TiO₂/MoS₂為實施例3所制備的Co-TiO₂/MoS₂。

實施例7 實施例1和3制備的光電化學內(nèi)吸磷傳感器，應用于內(nèi)吸磷的檢測，步驟如下：

（1）標準溶液配制：配制一組包括空白標樣在內(nèi)的不同濃度的內(nèi)吸磷標準溶液；

（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光電化學內(nèi)吸磷傳感器為工作電極，將步驟（1）中配制的不同濃度的內(nèi)吸磷標準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)，連接到光電化學檢測設備上；在電解槽中先后加入15mL pH=9.6的Tris–HCl緩沖溶液和5 mL 10 mmol/L的L-抗壞血酸-2-磷酸三鈉鹽AAP溶液；采用i-t測試手段，根據(jù)所得的光電流值與內(nèi)吸磷標準溶液濃度之間的關系，繪制工作曲線；內(nèi)吸磷的線性檢測范圍為：0.002~200 ng/mL，檢出限為：0.8 pg/mL；

（4）實際樣品檢測：用待測樣品代替步驟（1）中的內(nèi)吸磷標準溶液，按照步驟（2）和（3）中的方法進行檢測，根據(jù)響應信號的強度值和工作曲線，得到待測樣品中內(nèi)吸磷的含量。

實施例8 實施例2和4制備的光電化學內(nèi)吸磷傳感器，應用于內(nèi)吸磷的檢測，步驟如下：

（1）標準溶液配制：配制一組包括空白標樣在內(nèi)的不同濃度的內(nèi)吸磷標準溶液；

（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光電化學內(nèi)吸磷傳感器為工作電極，將步驟（1）中配制的不同濃度的內(nèi)吸磷標準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)，連接到光電化學檢測設備上；在電解槽中先后加入15mL pH=9.6的Tris–HCl緩沖溶液和5 mL 10 mmol/L的L-抗壞血酸-2-磷酸三鈉鹽AAP溶液；采用i-t測試手段，根據(jù)所得的光電流值與內(nèi)吸磷標準溶液濃度之間的關系，繪制工作曲線；內(nèi)吸磷的線性檢測范圍為：0.002~200 ng/mL，檢出限為：0.8 pg/mL；

（4）實際樣品檢測：用待測樣品代替步驟（1）中的內(nèi)吸磷標準溶液，按照步驟（2）和（3）中的方法進行檢測，根據(jù)響應信號的強度值和工作曲線，得到待測樣品中內(nèi)吸磷的含量。

實施例9 實施例3和6制備的光電化學內(nèi)吸磷傳感器，應用于內(nèi)吸磷的檢測，步驟如下：

（1）標準溶液配制：配制一組包括空白標樣在內(nèi)的不同濃度的內(nèi)吸磷標準溶液；

（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光電化學內(nèi)吸磷傳感器為工作電極，將步驟（1）中配制的不同濃度的內(nèi)吸磷標準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)，連接到光電化學檢測設備上；在電解槽中先后加入15mL pH=9.6的Tris–HCl緩沖溶液和5 mL 10 mmol/L的L-抗壞血酸-2-磷酸三鈉鹽AAP溶液；采用i-t測試手段，根據(jù)所得的光電流值與內(nèi)吸磷標準溶液濃度之間的關系，繪制工作曲線；內(nèi)吸磷的線性檢測范圍為：0.002~200 ng/mL，檢出限為：0.8 pg/mL；

（4）實際樣品檢測：用待測樣品代替步驟（1）中的內(nèi)吸磷標準溶液，按照步驟（2）和（3）中的方法進行檢測，根據(jù)響應信號的強度值和工作曲線，得到待測樣品中內(nèi)吸磷的含量。