[发明专利]一种基于二维纳米复合材料的光电化学黄曲霉毒素生物传感器的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电化学黄曲霉毒素生物传感器的制备方法。属于新型纳米功能材料与生物传感器技术领域。

背景技术

黄曲霉毒素是一类化学结构类似的化合物，均为二氢呋喃香豆素的衍生物。黄曲霉毒素存在于土壤、动植物、各种坚果中，特别是容易污染花生、玉米、稻米、大豆、小麦等粮油产品，是霉菌毒素中毒性最大、对人类健康危害极为突出的一类霉菌毒素。黄曲霉毒素主要有黄曲霉毒素M1、黄曲霉毒素B1、黄曲霉毒素B2、黄曲霉毒素G1、黄曲霉毒素G2等几种。黄曲霉毒素被世界卫生组织划定为1类致癌物，毒性比砒霜大68倍，仅次于肉毒霉素，是目前已知霉菌中毒性最强的。黄曲霉毒素的危害性在于对人及动物肝脏组织有破坏作用，严重时可导致肝癌甚至死亡，家庭自制发酵食品也能检出黄曲霉毒素，尤其是高温高湿地区的粮油及制品种检出率更高。

目前，检测黄曲霉毒素的方法主要有色谱法、质谱法等。此类方法仪器贵重、操作复杂，化验人员需要专业培训后才能进行检测。因此，研发成本低、检测快、灵敏度高、特异性强的黄曲霉毒素传感器具有重要意义。

光电化学传感器由于灵敏度高、检测成本低等特点，近几年被越来越多的研究者所关注。光电化学传感器是基于外加光源激发光电敏感材料导致电子-空穴对进行分离，在合适的偏电位条件下，实现电子在电极、半导体及修饰物和分析物上的快速传递，并形成光电流。在最优条件下，分析物浓度的变化会直接影响光电流的大小，再利用生物免疫结合，就可以根据光电流的变化实现对分析物的定性定量分析。

光电化学传感器最关键技术就是对光电流的大小及稳定性等性能的提高。二氧化钛是应用最为广泛的一种光催化剂和光生电子基质材料，由于片状二氧化钛纳米材料能够暴露更多的高指数晶面，具有更高的光催化活性，二氧化钛纳米片具有比纳米粒子更好地应用前景，对于二氧化钛纳米片的研究也备受关注。而单一的二氧化钛纳米材料的光生电子-空穴对易复合，从而导致光电信号的减弱，并且二氧化钛导电性差也限制了由单一二氧化钛纳米材料构建的光电化学传感器的灵敏度普遍不高，不利于实际应用。但是，在半导体纳米材料上修饰或复合特殊的纳米材料，可以有效提高光生载流子对的有效浓度，提高光电转换效率，并大大提高检测灵敏度。因此，设计、制备高效、稳定的二氧化钛纳米片及其修饰物是制备光电化学传感器的关键技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备简单、灵敏度高、检测快速、特异性强的光电化学黄曲霉毒素生物传感器的制备方法，所制备的传感器，可用于黄曲霉毒素的快速、灵敏检测。基于此目的，本发明首先制备了一种新型二维纳米复合材料，即锰掺杂二氧化钛纳米片原位复合氮化碳二维纳米复合材料Mn-TiO₂/g-C₃N₄，利用该材料的良好的生物相容性和大的比表面积，负载上黄曲霉毒素抗体，然后通过戊二醛的交联作用固定碱性磷酸酶，在进行检测时，由于碱性磷酸酶可以催化L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐AAP原位产生L-抗坏血酸AA，并进而为光电检测提供电子供体，再利用抗体与抗原的特异性定量结合对电子传输能力的影响，使得光电流强度相应降低，最终实现了采用无标记的光电化学方法检测黄曲霉毒素的生物传感器的构建。

本发明采用的技术方案如下：

1. 一种基于二维纳米复合材料的光电化学黄曲霉毒素生物传感器的制备方法，所述的二维纳米复合材料为锰掺杂二氧化钛纳米片原位复合氮化碳二维纳米复合材料Mn-TiO₂/g-C₃N₄，所述的光电化学黄曲霉毒素生物传感器由工作电极、Mn-TiO₂/g-C₃N₄、黄曲霉毒素抗体、牛血清白蛋白、戊二醛、碱性磷酸酶组成；

其特征在于，所述的制备方法包括以下制备步骤：

a. Mn-TiO₂/g-C₃N₄的制备；

b. 光电化学黄曲霉毒素生物传感器的制备；

其中，步骤a制备Mn-TiO₂/g-C₃N₄的具体步骤为：