用于检测DEHP的光电化学生物传感器及其制备方法和应用

本发明涉及生物传感器，尤其涉及一种用于检测增塑剂dehp的光电化学生物传感器的制备方法及利用该制备方法制备得到的生物传感器和该生物传感器在检测土壤中dehp中的应用。

背景技术：

1、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(dehp)是一种有机化合物，常作为聚氯乙烯等塑料制品的增塑剂，可增加塑料的弹性和韧性，被广泛应用于塑料工业。土壤中的dehp主要来源于农膜覆盖、农药、污水灌溉、喷涂涂料和垃圾的不完全燃烧等。dehp进入土壤后不易降解且难以去除，不仅会破坏土壤生态系统，也会破坏植物光合系统，同时土壤中的dehp会通过植物根部吸收进入农作物体内，进一步通过食物链在人体组织中富集，影响人体激素的合成和代谢，造成内分泌系统紊乱，增加致癌和致瘤的病发率。此外dehp还对人体肝脏、血液等系统有损伤。dehp污染已经严重影响了土壤质量、农产品品质及人体健康。因此，建立一种快速、灵敏、高选择性的检测dehp的方法是具有重要意义的。

2、目前，dehp的检测方法主要有色谱法、光谱法和电化学法等。其中色谱分析法中的气相色谱-质谱联用法(gc-ms)、高效液相色谱-质谱法(hplc-ms)作为dehp的国标检测方法，具有精准、可靠的优点，但仪器昂贵、操作复杂。新近发展的荧光法、比色法、表面增强拉曼光谱法等检测方法的灵敏度和选择性有待进一步提高。电化学法是依赖电极界面电化学活性物质的电位、电流或电阻等信号与目标物浓度之间的关系，实现对目标物的定量检测。光电化学传感技术是在电化学传感技术上发展起来的一种新兴的传感方法，光电化学传感技术是通过目标物的存在引起界面光电转换信号的变化，来实现定量分析。同时，作为传统电化学生物分析的新兴一代，光电化学传感技术自然继承了电化学成本低、设备简单等优点。此外，由于激发和检测信号完全分离，能够消除背景干扰，因此光电化学检测具有更高的选择性和灵敏度，能够准确检测dehp这一目标物。光电化学传感技术的重点及难点在于设计制备高性能的光活性材料。随着光电化学的发展，越来越多的光活性材料被开发出来，其中由于zno具有高载流子浓度、良好的生物相容性，被广泛用于构建光电化学生物传感器。但是zno作为光电化学传感器的基底材料存在一些不足，如光吸收能力弱、载流子易复合等，导致其选择性和灵敏度低下。

技术实现思路

1、有鉴于此，为解决现有的光电化学检测中的光活性材料吸收能力弱、载流子易复合等缺陷导致的选择性和灵敏度低下的技术问题，一方面，本发明提供了一种用于检测增塑剂dehp的光电化学生物传感器的制备方法，其通过引入导电性好、电子迁移率高的碳基材料n-graphene来提高zno的光电活性，n-graphene的引入不仅提高了zno的光利用率，还基于n-graphene/zno纳米复合材料能够强化光电化学传感界面，引入具有选择性识别的apt，π-π堆叠作用将适配体(apt)固定在传感界面，能够实现dehp的高选择性、快速以及灵敏检测。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

3、一种用于检测增塑剂dehp的光电化学生物传感器的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤(1)、将n-graphene/zno纳米复合材料悬浮液滴加到fto电极表面，干燥后获得n-graphene/zno纳米复合材料修饰的电极；

5、步骤(2)、将apt通过与n-graphene的π-π堆叠作用固定在n-graphene/zno纳米复合材料修饰的电极表面；

6、步骤(3)、除去n-graphene/zno纳米复合材料修饰的电极表面未结合的apt，得到光电化学生物传感器。

7、优选地，步骤(1)中，n-graphene/zno纳米复合材料悬浮液的制备方法包括如下步骤：

8、步骤(1-1)、将n-graphene加入到zn(no3)·6h2o和六次甲基四胺的混合溶液中，进行水热反应，将反应得到的沉淀进行清洗并干燥，得到n-graphene/zno纳米复合材料；

9、步骤(1-2)、将步骤(1-1)得到的n-graphene/zno纳米复合材料超声分散在超纯水里，获得n-graphene/zno的悬浮液。

10、优选地，步骤(1-1)具体为：

11、首先，配置130～170ml含有40～60mmol/l的zn(no3)·6h2o和40～60mmol/l六次甲基四胺的水溶液；

12、然后，加入5～30mg的n-graphene进行搅拌得到混合溶液；

13、最后，将混合溶液进行水热反应，反应温度为100～120℃，反应时间为4～6h，冷却至室温，将反应所得的沉淀进行清洗并干燥，得到n-graphene/zno纳米复合材料。

14、优选地，步骤(1)中，fto电极为经过预处理的fto电极；fto电极的预处理方法如下：

15、将fto电极置于乙醇和超纯水中超声清洗，然后置于naoh溶液中煮沸，再用乙醇和超纯水超声清洗，完成fto电极的预处理。

16、优选地，步骤(1)中，煮沸时间为30min，超声清洗时间为15min，naoh浓度为0.33mol/l。

17、优选地，步骤(1)中，悬浮液的浓度为2.0～4.0mg/ml，滴加的体积为20～40μl，fto电极的修饰面积为0.28cm2。

18、优选地，步骤(2)中，具体固定方式为：

19、在4℃下孵育12h，滴加的apt体积为20μl，apt的浓度为2.0～4.0μmol/l。

20、另一方面，本发明还提供了一种用于检测增塑剂dehp的光电化学生物传感器，根据上述用于检测增塑剂dehp的光电化学生物传感器的制备方法制备得到。

21、再一方面，本发明还提供了上述用于检测增塑剂dehp的光电化学生物传感器在检测土壤中dehp中的应用。

22、优选地，检测土壤中dehp的方法包括如下步骤：

23、将所制备的光电化学生物传感器分别用于不同浓度的dehp检测，检测溶液为pbs缓冲溶液；

24、以氙灯作为激发光源，电化学工作站作为检测装置，采用三电极体系，apt/n-graphene/zno/fto作为工作电极，建立dehp浓度对数与光电化学信号对应关系的标准曲线。

25、采用标准添加法对土壤中的dehp进行检测，评估构建光电化学生物传感器用于实际样品的可行性。

26、本发明相对于现有技术，具有如下的有益效果：

27、为了解决上述问题，提高zno纳米材料的光电转换效率，将zno与碳基材料复合成为一种解决方法。碳基材料与半导体材料复合后主要是通过提高吸收强度和降低反射率来实现光吸收能力的提升，光电性能提升的主要原因是：(1)zno与碳基材料之间存在肖特基势垒，促进电子-空穴分离；(2)加速电子的转移，降低电子-空穴对的复合等。

28、在本发明中，通过引入导电性好、电子迁移率高的碳基材料n-graphene来提高zno的光电活性，n-graphene的引入不仅提高了zno的光利用率，还基于n-graphene/zno纳米复合材料能够强化光电化学传感界面，引入具有选择性识别的apt，π-π堆叠作用将适配体(apt)固定在传感界面，能够实现dehp的高选择性、快速以及灵敏检测。

29、本发明的光电化学生物传感器操作简单、灵敏度高、选择性好。能够成功用于土壤中dehp的快速灵敏检测。