[发明专利]一种检测农残的酶生物传感器及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及生物传感技术领域、农残检测领域，具体公开了一种检测农残的酶生物传感器及其制备方法与其在快速检测有机磷农药残留中的应用。利用酶抑制原理，在即用即抛型丝网印刷电极表面依次修饰石墨烯复合材料和植物酯酶构建酶生物传感器，选用差分脉冲伏安法，构建标准曲线，实现对有机磷农药残留的简单、快速、高灵敏检测。本发明采用即用即抛型丝网印刷电极无需人工打磨、操作简单，提高了检测的重现性；将比表面积大、导电性良好的石墨烯纳米复合材料用来修饰电极不仅能够增加酶的固定量，还可以促进传感器工作过程中电子的转移，从而显著提高检测限和灵敏度；采用来源广泛、价格低廉的植物酯酶，能够降低检测成本。

技术领域

本发明属于生物传感技术领域、农残检测领域，具体涉及一种石墨烯复合材料的合成方法，以及由该石墨烯复合材料、植物酯酶和丝网印刷电极构建的检测农残的酶生物传感器的制备方法和应用。

背景技术

农药是用于防治病虫害及调节植物生长的化学药剂，它们的使用已成为绝大部分农业地区实现农作物高质、高产的保证。但是，农药大量、大面积的施用也会给生态环境以及人类生存带来巨大的负面影响。未降解的农药残留在土壤、空气、水环境中引起的一系列严重的生态、环境、食品安全问题已成为全球性关注的热点。

农残检测的传统方法主要有色谱法和光谱法等。大型仪器检测结果精准可靠、灵敏度高，但是存在仪器设备昂贵、耗时长、成本高，并且需要专业技术人员，难以实时快速现场检测的缺点。因此，开发出快捷、灵敏、精确、高效和低成本的检测手段显得尤为重要。

近年来，电化学酶生物传感器因其操作步骤简单、成本低并且能够实现快速原位检测在农药检测领域的应用日渐增多。检测农残的电化学酶生物传感器通常以乙酰胆碱酯酶或植物酯酶作为分子识别元件，根据酶被抑制前后，电化学信号的变化来进行分析检测。现有技术已经公开了多种检测农残的电化学酶生物传感器及其检测方法，如梁东军等（梁东军，郭明，胡润淮等，分析实验室，2014，33（1）:87-91）采用自组装法制备多层乙酰胆碱酯酶/壳聚糖/碳纳米管生物传感器（AChE/CS/F-CNTs/GCE），对氨基甲酸酯农药的检测范围是2×10^-9~2×10^-7 g•L^-1，检出限是5.41×10^-9 g•L^-1；杜平（杜平，现代食品科技，2015，31（11），284-289）通过在多壁碳纳米管、聚苯胺类衍生物修饰的碳糊电极表面固载乙酰胆碱酯酶制备新型的电化学生物传感器，对有机磷农药的检测范围是3.00~90.00 ng•mL^-1，检出限是1.00 ng•mL^-1；Lu Xiong等（Xiong Lu，LuTao，Sensors and Actuators B: Chemical，2018，255(3)，2575-2581）构建基于Pd@Au信号放大的乙酰胆碱酯酶生物传感器，对有机磷农药的检测范围是3.6 pM~100 nM，检出限是0.207 mM。

虽然现有技术已经公开了多种检测农残的电化学酶生物传感器检测方法，但是对于如何选取合适的电极材料提高检测灵敏度，仍是本领域技术人员的关注热点。

石墨烯和纳米金因具有良好的生物相容性、优异的导电性以及大的比表面积被广泛应用于电化学领域。层状过渡金属硫化物具有大的比表面积、强的吸附能力、优异的电子传输能力，且与其他材料复合得到的纳米材料具有许多优异的电化学性能，使得它们在晶体管、锂电池、电容器以及催化领域备受关注。本发明通过水热法制备层状二硫化钨石墨烯复合材料WS₂-GR，将所制备的纳米金微球自组装到WS₂-GR材料表面，得到AuNPS/WS₂-GR复合材料，该纳米复合材料不仅为酶在电极上的固定提供大的比表面积，而且能够提高检测的灵敏度。

发明内容