基于纳米金的有机磷农药电化学酶生物传感器研究

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有机磷农药(OPs)的残留会对环境及人类健康造成危害。因此,必须发展灵敏、快速和简单的检测有机磷农药的方法。乙酰胆碱酯酶(AChE)电化学生物传感器由于其制备工艺简单、反应速度快、灵敏度高而引起越来越多的关注。纳米材料应用到生物传感器中以提高传感器的性能是目前研究者们热衷的方法。本论文利用纳米金和石墨烯两种具有优异性能的纳米材料,构建了两种能够快速、灵敏、准确检测有机磷农药的AChE生物传感器:(1)采用层层自组装技术,光敏重氮树脂(DAR)作为装配中间层,将纳米金(AuNPs)和AChE固定在对氨基苯磺酸(P-ABSA)修饰过的玻碳电极表面,形成共价键连接的基质复合膜,构建了基于P-ABSA/DAR/AuNPs/DAR/AChE的OPs电化学生物传感器;采用电化学测试手段,研究了P-ABSA/DAR/AuNPs/DAR/AChE在电极表面的电化学性能,电化学性能检测的结果表明,在最佳条件下,制备的AChE生物传感器在1.0×10-12–1.0×10-8 g L-1的浓度线性范围内对马拉硫磷和甲基对硫磷这两种农药表现出高的灵敏度,对马拉硫磷和甲基对硫磷的检测极限分别是5.12×10-13 g L-1和5.85×10-13 g L-1,具有很低的检测限。在实际水样和蔬菜样品中检测甲基对硫磷时,AChE生物传感器的回收率在95–106%之间,具有良好的实际应用潜力。更重要的是,通过紫外交联作用将静电吸附作用转化为共价键,使得传感器的稳定性得到了显著提高。(2)利用化学镀方法将纳米金生长在三维石墨烯上制备了纳米金/三维石墨烯复合材料(记为AuNPs/rGO),并通过包埋法将酶固定在AuNPs/rGO复合材料上,构建了基于AuNPs/rGO复合材料的新型AChE电化学生物传感器;采用电化学测试手段,研究了AuNPs/rGO复合材料在电极表面的电化学性能。电化学性能检测的结果表明,在最佳条件下,制备的AChE电化学生物传感器在1.0×10-10–1.0×10-6 g L-1范围内表现出良好的线性关系;生物传感器显示了高的灵敏度以及低的检测限,传感器对马拉硫磷和甲基对硫磷检测极限分别为2.78×10-11 g L-1和2.17×10-11 g L-1。该生物传感器具有良好的稳定性、操作重复性和重现性。在实际水样和蔬菜样品中检测甲基对硫磷时,AChE生物传感器的回收率在94–106%之间,具有良好的实际应用潜力。研究结果表明,所研制的两种AChE电化学传感器在检测OPs时均表现出优越的电化学性能,有望成为检测OPs的快速、简单、低成本的新方法。
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