基于纳米复合材料构建光电化学适配体传感器用于抗生素检测的研究

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光电化学(PEC)技术的是:在可见光下,光敏材料中价带电子向导带移动,导带电子进而向电极或者溶液发生移动,价带产生空穴,空穴被电子供体捕获,在光电材料之间形成电化学回路,产生电信号。当光敏材料与待测物质直接或间接作用时,电信号发生变化,根据这种变化,对待测物质的含量进行分析。PEC适配体传感器具备背景信号低,灵敏度高、特异性强等优点,引起广大研究者们的关注。PEC适配体传感器已经应用在多个领域,如医学监测、环境检测、食品检验等。光敏材料是PEC适配体传感器在生物分析中产生电信号变化的关键。本文应用二维纳米材料、量子点和其他常用半导体材料设计PEC适配体传感器,实现了抗生素的检测。主要工作内容如下:1.基于二氧化钛纳米管(TiO2NTs)、碳量子点(CQDs)和二维片状结构的氢氧化钴(Co(OH)2)构建光电化学适配体传感器。碳点具有较好的生物相容性和无毒性,并和二氧化钛纳米管能级相匹配,能够促进纳米管中电子传递,进而增强TiO2NTs的光电响应。Co(OH)2具有较好的PEC性能,不同的合成方法合成不同的形态。α-Co(OH)2纳米片通过电沉积的方式修饰在电极上,均匀的修饰在电极表面,呈现出多孔的类似花状结构。因此具有较大的比表面积,进而增加电极与电解质之间的联系,加速CQDs/TiO2NTs的电子转移速率,增强了CQDs/TiO2NTs的PEC性能。然后通过壳聚糖将磺胺二甲基嘧啶适配体固定在电极上,PEC适配体传感器制备完成。该PEC适配体传感器具有较好的稳定性、重现性,操作过程简单,并具有较强的抗干扰能力。该PEC适配体传感器具有较宽的检测范围和较低的检测限并可以检测食品和水中的SMZ。2.以氧化铟锡玻璃电极(ITO)作为电极材料,二维结构的WS2和碳量子点(CQDs)通过简单的超声方法形成复合物,通过电泳沉积修饰在ITO上。又将有机材料硫堇(Th)通过电聚合的方式修饰在电极上。CQDs、Th能够增强WS2对可见光的吸收,抑制WS2电子-空穴对的复合,提高其电子传导速率,增强其光电流信号。将氨苄青霉素适配体和带有巯基基团的适配体补链形成双链结构(dsDNA),然后通过Au-S键的固定方式使双链(dsDNA)连接在电极的表面,构建了一种可再生型PEC适配体传感器。当氨苄青霉素(AMP)存在时,与dsDNA中氨苄青霉素适配体(pDNA)特异性结合,电极上的适配体双链结构会打开,导致pDNA从电极表面脱落。又引入核酸外切酶I(Exo I),Exo I剪切脱落后的pDNA,将随pDNA脱落下来的AMP释放。释放的AMP又可以重新和dsDNA作用,实现了信号放大。该PEC适配体传感器具备较好的稳定性、选择性、重现性、再生性。该PEC适配体传感器在检测AMP时具有较宽的线性范围和较低的检测限。
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