基于UiO-66复合物的电化学四环素传感器的制备及性能研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lh923
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四环素是一种广为使用的广谱性抑菌抗生素,被广泛应用于生产、养殖及医疗等行业。但四环素的大量使用会导致细菌抗药性,且可在人体内积累,引起人体的过敏反应及肝损伤等。因此,构建一种对四环素含量进行快速简便测定的传感器方法,对环境保护与人体健康均具有一定的现实意义。本论文基于金属有机框架UiO-66复合材料及多种识别元件,构建了三种不同类型的四环素电化学传感器,以期达到快速检测食品中四环素含量的目的。本论文从载体及催化剂材料制备、复合酶等识别原件在电极表面的固定、传感器的制备参数及工作参数优化、电化学性能测试等方面进行了研究,主要内容包括以下三个部分:以水热合成法制备基于介孔碳球(MCS)和金属有机框架UiO-66的具有特殊孔结构(孔径>7 nm)的核壳结构复合物(MCS@UiO-66-NH2),并将小尺寸的漆酶(Lac)包埋于复合物的介孔中制备复合酶(MCS@UiO-66-NH2/Lac),以复合酶为识别元件,2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS)为电子介体,壳聚糖为粘结剂制备四环素酶生物传感器。采用X-射线衍射分析及扫描电子显微镜等方法表征材料形貌及表面官能团,优化制备参数,采用循环伏安法、交流阻抗谱等电化学方法研究修饰电极的电化学性能,结果显示:该传感器对四环素检测的线性范围为1.0×10-6-6.0×10-5 mol·L-1(1-60μM),线性方程为I(μA)=0.1017C(μM)+2.8173,相关系数R~2=0.9860,灵敏度为0.10μA·μM-1;米氏常数KMapp为1.56×10-5 mol·L-1(15.6μM);检测限为8.94×10-7mol·L-1(0.89μM);该体系中复合酶的稳定性优于纯漆酶,传感器具有较好的重现性及抗干扰性,且在牛奶及蜂蜜样品中实际样品检测的回收率为94.3%-103.8%。以水热合成法制备具有高比表面积和良好导电性的UiO-66-NH2/金纳米颗粒的复合材料(UiO-66-NH2/Au),以制备的复合材料为载体,L-半胱氨酸(Cys)为识别元件,壳聚糖为粘结剂制备四环素电化学生物传感器。为改善制备的修饰电极的电子传导性能,本体系在壳聚糖粘结剂中添加了具有良好导电性的纳米碳球材料。采用X-射线衍射分析及扫描电子显微镜等方法表征材料形貌及表面官能团,优化参数,采用循环伏安法、交流阻抗谱等电化学方法研究修饰电极的电化学性能,结果显示:该传感器对四环素检测的线性范围为2.0×10-6-1.0×10-4 mol·L-1(2-100μM),线性方程分为两段,四环素浓度为2.0×10-6-1.0×10-5 mol·L-1(2-10μM)时,线性方程为:I(μA)=0.9201C(μM)+59.88,相关系数R~2=0.9791,灵敏度为0.92μA·μM-1;四环素浓度为1.0×10-5-1.0×10-4 mol·L-1(10-100μM)时,线性方程为:I(μA)=0.3150C(μM)+64.16,相关系数R~2=0.9912,灵敏度为0.32μA·μM-1,检测限为9.24×10-7mol·L-1(0.92μM);该体系具有更宽的线性范围、更优异的稳定性、较好的重现性及抗干扰性,且在牛奶及蜂蜜样品中实际样品检测的回收率为97.57%-103.68%。采用水热合成法制备具有高比表面积及高导电性的UiO-66和羧基化碳纳米管(CNT-COOH)的复合材料(UiO-66/CNT-COOH),并将其修饰在玻碳电极上,在制备的修饰电极上采用电化学聚合方法,以四环素为模板、邻苯二胺为聚合单体制备分子印迹聚合物膜,随后洗脱四环素模板分子,形成可以提供空穴与四环素分子特异性结合的聚合物膜,以该具有特异性吸附能力的聚合物膜为识别元件,铁氰化钾氧化还原对为探针,制备四环素电化学分子印迹传感器。采用X-射线衍射分析及扫描电子显微镜等方法表征材料形貌及表面官能团,优化参数,采用循环伏安法、交流阻抗谱等电化学方法研究制备的传感器的电化学性能,结果显示:该传感器对四环素检测的线性范围为1.0×10-10-7.0×10-8 mol·L-1(0.1-70 n M),线性方程为两段,四环素浓度为1.0×10-10-1.0×10-9 mol·L-1(0.1-1 n M)时,线性方程为:I(μA)=-13.54C(n M)+71.00,相关系数R~2=0.9676,灵敏度为13.54μA·n M-1;四环素浓度为1.0×10-9-7.0×10-8 mol·L-1(1-70 n M)时,线性方程为:I(μA)=-0.4202C(n M)+57.94,相关系数R~2=0.9860,灵敏度为0.42μA·n M-1;该传感器具有更低的检测限(7.87×10-11mol·L-1,即0.079 n M)、更优异的稳定性、一定的重现性及抗干扰性,且在实际样品中检测的回收率为99.75%-105.94%。本研究中制备的四环素电化学传感器性能良好,为今后开发四环素电化学传感器的产品化研究及开发提供理论依据,对环境保护及人体健康具有重大的影响及意义。
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