鐵酸銅/石墨烯量子點(diǎn)復(fù)合材料及其制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合成一種鐵酸銅/石墨烯量子點(diǎn)(CuFe204/GQDs)磁性類(lèi)似過(guò)氧化物酶活性的碳基納米復(fù)合材料及其制備方法和用途，該材料在比色法檢測(cè)領(lǐng)域中具有很好的應(yīng)用，尤其適用于比色法檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，由于農(nóng)藥的大量和廣泛的使用，大量農(nóng)藥殘留在農(nóng)產(chǎn)品中，不易分解，通過(guò)飲食，最終進(jìn)入人的體內(nèi)，農(nóng)藥殘留問(wèn)題給人類(lèi)的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了巨大的危害，嚴(yán)重影響了消費(fèi)者的身心健康。因此，有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的檢測(cè)研究意義重大，研制一種高效、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、靈敏、低價(jià)的農(nóng)藥生物傳感器迫在眉睫。
[0003]有機(jī)磷農(nóng)藥檢測(cè)方法理論上大致分為光譜法、酶抑制法、活體生物測(cè)定法、色譜法及聯(lián)用技術(shù)等。其中氣相色譜(GC)，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)，高效液相色譜(HPLC)，高效液相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用等技術(shù)手段是檢測(cè)農(nóng)藥殘留的傳統(tǒng)的權(quán)威方法，但是這些技術(shù)手段耗時(shí)長(zhǎng)、預(yù)處理復(fù)雜、分析儀器價(jià)格昂貴、還需要專(zhuān)業(yè)操作人員，不適合田間作業(yè)，尤其在緊急情況下。有研究者利用分子印跡電化學(xué)傳感檢測(cè)農(nóng)藥，雖然具備較高的專(zhuān)一性，但是預(yù)處理復(fù)雜，模板分子的制備耗時(shí)且移除不盡，對(duì)后者農(nóng)藥殘留檢測(cè)有影響?；诿敢种品ㄖ苽涞霓r(nóng)藥生物傳感器由于酶促反應(yīng)靈敏迅速，成為農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)技術(shù)研究熱點(diǎn)。酶被抑制后活性的變化通?？梢杂梅派湫苑?、熒光法、電化學(xué)、比色法和化學(xué)發(fā)光法檢測(cè)，但是除比色法以外這些方法操作流程復(fù)雜，耗時(shí)，涉及專(zhuān)業(yè)的后處理，此外它們還需要復(fù)雜昂貴的圖像設(shè)備和相應(yīng)的識(shí)別的軟件。
[0004]基于酶抑制原理的農(nóng)藥比色檢測(cè)法與上述方法相比，前處理簡(jiǎn)單，所用設(shè)備少，操作簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，成本低廉，能實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的檢測(cè)，具備更多的優(yōu)勢(shì)。酶抑制比色法檢測(cè)農(nóng)藥主要分為三個(gè)環(huán)節(jié)，分別是酶抑制反應(yīng)、顯色反應(yīng)、吸光度測(cè)量。酶抑制反應(yīng)原理是農(nóng)藥抑制乙酰膽堿酶催化底物乙酰膽堿分解生成中間膽堿，膽堿在膽堿氧化酶催化下生成中間產(chǎn)物H2O2(過(guò)氧化氫);顯色反應(yīng)原理是前一個(gè)反應(yīng)生成的中間產(chǎn)物H2O2，在過(guò)氧化物酶催化下加速氧化底物TMB(3，3’，5，5’-四甲基聯(lián)苯胺)顯色。檢測(cè)農(nóng)藥的酶抑制比色法主要是把農(nóng)藥對(duì)酶的抑制率大小轉(zhuǎn)化為顯色反應(yīng)顏色強(qiáng)弱，通過(guò)測(cè)量顏色對(duì)應(yīng)的吸光度值來(lái)反推酶抑制率大小，進(jìn)而計(jì)算出農(nóng)藥濃度。
[0005]近年來(lái)，許多學(xué)者探索人工合成納米材料(類(lèi)似過(guò)氧化物酶材料)，來(lái)近似替代過(guò)氧化物酶催化顯色反應(yīng)。如利用Fe3O4納米材料驗(yàn)證類(lèi)似過(guò)氧化物酶特性，農(nóng)藥濃度越大，酶抑制率也越大，反應(yīng)產(chǎn)生的H2O2越少，顯色會(huì)越弱，F(xiàn)e 304具有類(lèi)似過(guò)氧化物酶催化特性，通過(guò)催化中間產(chǎn)物H2O2加速氧化底物TMB顯色，顯色效果更佳，有效地把農(nóng)藥對(duì)酶抑制率的大小轉(zhuǎn)化顯色反應(yīng)顏色強(qiáng)弱，成功應(yīng)用于基于酶抑制法的農(nóng)藥比色檢測(cè)。雖然上述納米材料(類(lèi)過(guò)氧化物酶材料)雖然具有類(lèi)似過(guò)氧化物酶催化特性，但是其催化能力還比較弱，顯色反應(yīng)速度慢、顯色不明顯、吸光度值不夠高，會(huì)影響農(nóng)藥檢測(cè)靈敏度和精度。
[0006]本發(fā)明涉及合成一種新型類(lèi)似過(guò)氧化酶復(fù)合材料，即CuFe204/GQDs，GQDs包裹球狀CuFe2O4,增大比表面積，提供了更多的活性中心，使得該材料與上述類(lèi)過(guò)氧化物酶單體材料相比，在農(nóng)藥比色檢測(cè)的顯色反應(yīng)中，催化性能大大增強(qiáng)，顯色速度更快、顯色更明顯，對(duì)應(yīng)測(cè)量的吸光度值更大，更靈敏的反映農(nóng)藥對(duì)酶抑制率的大小，有效地提高了農(nóng)藥檢測(cè)靈敏度和檢測(cè)極限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種新型復(fù)合材料CuFe204/GQDs，該材料在比色法檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥中具有靈敏度高，檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]—種鐵酸銅/石墨稀量子點(diǎn)復(fù)合材料CuFe204/GQDs，所述CuFe204/GQDs復(fù)合材料是由質(zhì)量比為1:99?10:90的GQDs和CuFe2O4復(fù)合而成；5?1nm的所述GQDs納米顆粒均勾覆蓋于所述CuFe2O4顆粒的表面，所述CuFe 204顆粒為直徑是50?10nm的球形。
[0010]所述鐵酸銅/石墨烯量子點(diǎn)復(fù)合材料的制備方法如下:
[0011]步驟1、GQDs的制備:取固體檸檬酸加熱熔化，在攪拌下，滴入堿性溶液調(diào)節(jié)PH為6?8，繼續(xù)恒溫加熱，制備成GQDs溶液；
[0012]步驟2、CuFe204的制備:稱(chēng)取CuCl 2.2H20和FeCl3.6H20加溶解到乙二醇中，攪拌均勻，隨后加入醋酸鈉和聚乙二醇攪拌均勻，恒溫?zé)岱磻?yīng)，冷卻至室溫得到黑色產(chǎn)物，離心、清洗、干燥后最終得到CuFe2O4;
[0013]步驟3、CuFe204/GQDs的制備:稱(chēng)取步驟2中制備的CuFe2O4加入到步驟I中制備的GQDs溶液中分散均勻，靜置，離心分離得到固體沉淀，清洗，干燥即得到CuFe204/GQDs復(fù)合物。
[0014]所述步驟I中，所述堿性溶液為NaOH或KOH溶液，所述熔化溫度為150?250 °C。
[0015]所述步驟2中，所述乙二醇溶液中CuCl2.2H20的濃度為6.75?13.5mg/mL，CuCl2.2H20和FeCl3.6H20的物質(zhì)的量比為1:2,所述醋酸鈉的濃度為70?110mg/mL，聚乙二醇的濃度為15?35mg/mL，所述恒溫溫度為150?250°C，所述恒溫時(shí)間為6?10h。
[0016]所述鐵酸銅/石墨烯量子點(diǎn)復(fù)合材料用于比色法檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥。
[0017]所述鐵酸銅/石墨烯量子點(diǎn)復(fù)合材料用于比色法檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥，包括如下步驟:
[0018]步驟A、H2O2濃度與反應(yīng)體系吸光度的對(duì)應(yīng)關(guān)系:將含有TMB的磷酸緩沖溶液PBS分別和梯度濃度的H2O2溶液混合均勻反應(yīng)；然后加入CuFe 204/GQDs分散液，混合均勻并反應(yīng)，反應(yīng)后磁性分離反應(yīng)體系中的CuFe204/GQDs，拍照觀察顏色變化，并在652nm波長(zhǎng)下分別測(cè)量并記錄含不同濃度H2O2反應(yīng)溶液的吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；
[0019]步驟B、酶抑制反應(yīng)和雙酶催化反應(yīng):取固體乙酰膽堿酯酶AchE與不同濃度的有機(jī)磷農(nóng)藥混合液A反應(yīng)后將農(nóng)藥排掉，將所述排掉農(nóng)藥后的乙酰膽堿酯酶干燥后加入至含有膽堿氧化酶(ChOx)和乙酰膽堿的PBS中，形成混合液B，溫育；
[0020]步驟C、有機(jī)磷農(nóng)藥的濃度與吸光度的對(duì)應(yīng)關(guān)系:將含有TMB和CuFe204/GQDs的PBS,分別加入到步驟B溫育后的溶液中混合均勻并反應(yīng)，反應(yīng)完成后磁性分離反應(yīng)體系中的CuFe204/GQDs，拍照觀察顏色變化，并在652nm波長(zhǎng)下測(cè)量反應(yīng)溶液的吸光度。最后，建立有機(jī)磷農(nóng)藥濃度與吸光度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。[0021 ] 所述步驟A中，所述CuFe204/GQDs分散液體積:磷酸緩沖溶液體積:H2O2溶液體積為1:40: 5，CuFe204/GQDs分散液中CuFe204/GQDs的濃度為2?5mg/mL，磷酸緩沖溶液中TMB的濃度為0.375?0.875mg/mL，H2O2溶液濃度為10 6?10mM ;反應(yīng)溫度為32?38°C，反應(yīng)時(shí)間為10?20min。
[0022]所述步驟B中，所述有機(jī)磷農(nóng)藥混合液A與乙酰膽堿酯酶的用量比為200 μ L:0.5mg，所述有機(jī)磷農(nóng)藥的濃度為O?10 μ M，所述PBS溶液體積與所述有機(jī)磷農(nóng)藥混合液A體積相等，所述PBS溶液中乙酰膽堿的濃度為1.5?4mg/mL，所述PBS溶液中膽堿氧化酶的濃度為1.5?4mg/mL ;所述溫育溫度為32?38°C，溫育時(shí)間為10?20min。
[0023]所述步驟C中，所述PBS溶液體積是所述步驟B中混合液B體積的4倍，所述PBS溶液中TMB的濃度為0.375?0.875mg/mL，CuFe204/GQDs分散液中CuFe204/GQDs的濃度為2 ?5mg/mL。
[0024]所述步驟A、B、C中，所述PBS溶液濃度均為1M，pH均為3?5。
[0025]本發(fā)明涉及合成一種新型鐵酸銅/石墨稀量子點(diǎn)(CuFe204/GQDs)磁性類(lèi)似過(guò)氧化物酶活性的碳基納米復(fù)合材料，并基于酶抑制原理，構(gòu)建一套對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的比色檢測(cè)方法，其特色和優(yōu)點(diǎn)表述如下:
[0026](I)將CuFe2O4和GQDs采用靜電吸附，CuFe 204單體納米材料中摻雜GQDs，形成的新型復(fù)合材料CuFe204/GQDs，GQDs包裹著球狀CuFe2O4,具有較大的比表面積，也提供了更多的活性中心；CuFe204和GQDs之間具有協(xié)同作用，相比其他的類(lèi)過(guò)氧化物酶材料，具有更高的催化性能。另外，復(fù)合材料具有優(yōu)異的電導(dǎo)率、良好的電子傳輸性能，催化效