纳米Ti3C2Tx基生物传感器的构建及其在有机磷农药检测中的应用

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酶传感器由于其自身具有的快速、简便、成本低等优势,在检测方面受到广泛关注。有机磷农药(OPs)的长期不合理使用对人、动植物以及环境造成了严重的危害。因此,建立快速便捷、灵敏高效的OPs残留检测方法显得尤为重要。乙酰胆碱酯酶(AChE)是检测OPs的常用生物识别元件,而构建基于AChE的生物传感器的关键是在保持高酶活的同时将其固定在工作电极表面。因此,寻求合适的修饰电极材料固定AChE对于酶传感器的制备和使用至关重要。本文利用新型二维材料Ti3C2Tx大的比表面积、金属特性、生物相容性及还原特性等优点,构建了一系列基于Ti3C2Tx的AChE生物传感器,并将其应用于OPs的检测中,主要研究内容包括:(1)以壳聚糖(CS)溶液为分散液分散Ti3C2Tx,并将其作为纳米载体固定AChE,制备生物传感器(AChE/Ti3C2Tx/GCE)。通过循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)研究AChE/Ti3C2Tx/GCE的电催化性能,并对其制备过程中的参数(pH、酶负载量、Ti3C2Tx浓度等)进行优化,获得了优化条件下制备的AChE/Ti3C2Tx/GCE,将其用于马拉硫磷的检测。研究结果表明,AChE/Ti3C2Tx/GCE传感器对马拉硫磷的检测范围为1×10-141×10-8 M,检测限为3×10-15 M。由于CS良好的生物相容性、成膜性和无毒性及Ti3C2Tx纳米材料大的比表面积、良好的导电性等,使AChE/Ti3C2Tx/GCE生物传感器具有良好的重现性、稳定性及抗干扰能力。将AChE/Ti3C2Tx/GCE用于实际样品中马拉硫磷的检测,所得到的回收率范围为94%105%。(2)以二维金属碳化物(Ti3C2Tx)为还原剂和载体,成功制备出Ag@Ti3C2Tx纳米复合材料,将其用作电极修饰材料,通过滴涂法制备了AChE/Ag@Ti3C2Tx/GCE生物传感器。基于酶抑制机理将其用于OPs检测,由于Ag纳米粒子和Ti3C2Tx的协同作用,极大地提高了AChE/Ag@Ti3C2Tx/GCE传感器的电活性面积和导电性,促进了电子的转移。在最佳条件下,AChE/Ag@Ti3C2Tx/GCE传感器对硫代乙酰胆碱(ATCl)的Km为257.67μM,对马拉硫磷的线性检测范围为1×10-151×10-8 M。另外,AChE/Ag@Ti3C2Tx/GCE传感器也表现出良好的选择性、重现性及稳定性。(3)成功制备了PB@Ti3C2Tx纳米复合材料,并将其作为纳米载体用于构建AChE生物传感器(AChE/PB@Ti3C2Tx/GCE)。通过对AChE/PB@Ti3C2Tx/GCE传感器性能的考察,发现PB@Ti3C2Tx纳米复合物作为修饰电极材料,不仅提高了传感器的导电性还为AChE提供了良好的微环境,在维持AChE高活性前提下,还降低了AChE的氧化电势,这有利于提高传感器在实际应用中的选择性及抗干扰能力。当AChE/PB@Ti3C2Tx/GCE用于马拉硫磷的检测时,其线性范围为1×10-151×10-8 M。此外,PB@Ti3C2Tx纳米复合材料还具有过氧化物酶的性质,可进一步研究PB@Ti3C2Tx基本的酶学特性及在仿酶领域中的应用。
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