信号增强型光电化学适配体传感器及其制备方法和应用

本发明涉及传感器，尤其涉及一种信号增强型光电化学适配体传感器的制备方法、利用该制备方法制备得到的信号增强型光电化学适配体传感器和该传感器在金黄色葡萄球菌检测中的应用，尤其是在牛奶中金黄色葡萄球菌检测中的应用。

背景技术：

1、食源性细菌感染和污染已成为一个重大的公共卫生问题，对人类健康和全球经济构成严重威胁，在各种食源性致病菌中，金黄色葡萄球菌(s.aureus)是分布最广的细菌之一，s.aureus所引起的食物中毒事件发生于世界各国。严格监测和检测食品中的s.aureus，对保障食品安全和公众健康具有重要意义。

2、目前，传统的食源性致病菌检测方法包括微生物检测、免疫学检测、分子生物学检测法等。这些方法具有准确可靠的优点，但仪器价格昂贵，操作复杂。光电化学生物传感器作为一种新兴技术，以其灵敏度高、仪器简单、检测速度快、成本低等优点在细菌检测领域得到了广泛的应用。而光活性材料的选择是决定光电化学生物传感器传感性能的关键因素。随着光电化学的发展，各种形态的光活性材料得到了广泛的开发，一维纳米材料由于具有较大的表面体积比，可以通过轴向长度为载流子输送提供直接途径，从而抑制载流子的重组，增强光电化学活性，因此被广泛应用于光电化学器件中。其中，zno纳米阵列(nrs)因其高电子迁移率和良好的形貌控制而受到广泛的研究。然而，由于单一光活性材料存在带隙宽、光子吸收能力差等缺点，难以满足实际分析测试的要求,因此常通过与其他材料复合来提升其光电性能。mxene是一种很有前途的二维材料，其表面具有丰富的官能团和金属性质。碳化钛(ti3c2)作为第一个合成的二维mxene，由于其比表面积大、对可见光的吸收和良好的光电化学稳定性，已被应用于光电化学检测。zno nrs与ti3c2耦合可以通过提高可见光利用率和加速电子转移来有效改善光电性能。此外，局部表面等离子体共振作为au纳米晶体独特的物理性质，可以有效地增强光谱吸收。特别是au纳米双锥(nbps)可以拓宽传感器对红外区域的光谱吸收，进一步提高对太阳光的光谱利用率。

3、因此，基于ti3c2-au nbps/zno nrs纳米复合材料强化光电化学传感界面，引入具有选择性识别的适配体(apt)，有望实现s.aureus的快速、灵敏检测。

技术实现思路

1、有鉴于此，为解决上述背景技术存在的不足，一方面，本发明提供了一种信号增强型光电化学适配体传感器的制备方法，其基于ti3c2-au nbps/zno nrs纳米复合材料耦合适配体传感技术构建光电化学适配体传感平台。拓宽了光谱吸收范围，提高太阳光的利用率的同时也促进了电子与空穴的有效分离，进而获得较大的初始光电流；利用apt与s.aureus之间的选择性识别特性，建立光电流信号与s.aureus浓度对数的线性关系，实现s.aureus的高灵敏、高选择性分析，并成功应用于牛奶中s.aureus的分析。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

3、一种信号增强型光电化学适配体传感器的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤(1)、制备zno种子层修饰的ito电极；

5、步骤(2)、将步骤(1)中zno种子层修饰的ito电极置于zno生长液中进行水热反应，烘干，得到zno nrs/ito电极；

6、步骤(3)、制备单层ti3c2；

7、步骤(4)、制备au nbps并与步骤(3)的ti3c2合成ti3c2-au nbps溶液；

8、步骤(5)、将步骤(4)合成的ti3c2-au nbps溶液旋涂到zno nrs/ito电极表面，即可得到ti3c2-au nbps/zno nrs/ito电极；

9、步骤(6)、在步骤(5)制得的ti3c2-au nbps/zno nrs/ito电极上依次修饰巯基功能化apt和6-巯基-1-己醇(mch)，完成巯基功能化apt在传感界面的组装，随后孵育，即得ti3c2-au nbps/zno nrs/ito基光电化学适配体传感器。

10、优选地，步骤(1)中，zno种子层修饰的ito电极的制备方法如下：

11、对ito电极进行预处理后使用射频磁控溅射得到zno种子层修饰的ito电极。

12、优选地，射频磁控溅射中，射频磁控溅射仪腔室的真空压力为2～5pa，在设定20min沉积时间以获得所需厚度的情况下在整个沉积过程中，功率为80～120w，同时调节气体的比例为o2/ar＝5sccm/55sccm。

13、优选地，步骤(3)中，单层ti3c2的制备方法如下：

14、使用蚀刻剂在前驱体ti3alc2粉末上特异性去除铝层制备得到单层ti3c2。

15、优选地，蚀刻剂由0.5～1.5g lif和10～20ml hcl混合而成，ti3alc2粉末的量为0.5～1g，蚀刻时间为16～24h。

16、优选地，步骤(4)中，使用种子介导的生长方法制备au nbps；采用静电自组装方法合成ti3c2-au nbps溶液。

17、优选地，步骤(4)中，ti3c2-au nbps复合材料由步骤(3)制备的ti3c2和步骤(4)制备的au nbps按1:2～2:1的比例静电吸附制备而成。

18、优选地，步骤(2)中，zno生长液由0.025～0.035mol/l的六水合硝酸锌和0.015～0.025mol/l的六次甲基四胺混合而成；水热反应条件为水热反应釜中100～120℃下保持6～10h。

19、另一方面，本发明提供了一种信号增强型光电化学适配体传感器，由上述的信号增强型光电化学适配体传感器的制备方法制备得到。

20、再一方面，本发明还提供了上述信号增强型光电化学适配体传感器在s.aureus检测中的应用，优选地，在牛奶中s.aureus检测中的应用。

21、本发明提供的信号增强型光电化学适配体传感器的制备方法，其基于ti3c2-aunbps/zno nrs纳米复合材料耦合适配体传感技术构建光电化学适配体传感平台。拓宽了光谱吸收范围，提高太阳光的利用率的同时也促进了电子与空穴的有效分离，进而获得较大的初始光电流；利用巯基功能化apt与s.aureus之间的选择性识别特性，建立光电化学信号与s.aureus浓度对数的线性关系，实现s.aureus的高灵敏、高选择性分析，并成功应用于牛奶中s.aureus的分析。现对于现有技术，具有如下的有益效果：

22、(1)本发明的信号增强型光电化学适配体传感器的制备方法操作简单，其制备的信号增强型光电化学适配体传感器灵敏度高、选择性好。

23、(2)本发明中制备的ti3c2-aunbps/zno nrs复合材料具有较好的光电化学信号响应，有利于提升传感器检测灵敏度。

24、(3)本发明中通过au nbps、巯基功能化apt之间的共价作用实现了巯基功能化apt在纳米材料表面的有效固定，极大提高了传感器稳定性，同时可实现对s.aureus的高选择性分析。

25、(4)本发明构建的信号增强型光电化学适配体传感器可成功用于牛奶中s.aureus的快速、灵敏检测。