一种基于钨酸铋的光电化学检测氯霉素的方法

摘要

本发明公开了一种基于钨酸铋的光电化学检测氯霉素的方法，属于分析检测领域。本发明方法结合待测物CAP介导的PMSN控释信号分子K4Fe(CN)6或(NH4)4[Fe(CN)6]，信号分子K4Fe(CN)6或(NH4)4[Fe(CN)6]在Bi2WO6光阳极表面生成BiHCF，提高了光阳极的光生电荷载流子分离效率，构建信号“增强型”检测。本发明方法在0.05～100nmol/L浓度范围内可实现高灵敏检测CAP，检测限低至12pmol/L。与传统方法相比，本发明所提出的光电化学检测方法具有无需生物分子固定、操作简便、成本低、选择性好、灵敏度高等优点，有望成为有效检测CAP的方法之一。

说明书

技术领域

本发明属于分析检测领域，涉及一种基于钨酸铋的光电化学检测氯霉素的方法。

背景技术

氯霉素(CAP)是一种广谱抗生素，可抵抗不同类型的微生物引起的感染[Liu Y,Yan K,Okoth O K,Zhang J D.Biosens.Bioelectron.2015,74:1016-1021.]。然而，氯霉素的滥用会对人类造成严重的副作用，如神经毒性反应(精神混乱、头痛、和轻度抑郁)，过敏反应(伤寒、血管性水肿、水泡和黄斑皮疹)，白血病和再生障碍性贫血等[Turton J A,Havard A C,Robinson S,Holt D E,Andrews C M.Food Chem.Toxicol.2000,38:925-938.]。因此，欧盟将所有动物源性食品中氯霉素的最高限值(MRL)设置为0.3μg/L[Pilehvar S,Mehta J,Dardenne F,Robbens J,Blust R,De Wael K.Anal Chem.2012,84:6753-6758.]。现有检测氯霉素的方法有气相色谱-质谱法[Liu T,Xie J,Zhao J,Song G,Hu Y.Food Anal.Methods.2014,7:814–819.]，高效液相色谱法[Yang Lu,Yao H,Li C,Han,J,Tan,Z,Yan Y.Food Chem.2016,192:163-170.]，酶联免疫吸附法[Impens S,Reybroeck W,Vercammen J.Anal.Chem.Acta.2003,483:153-163.]和表面增强拉曼光谱法[Yan W,Yang L,Zhuang H,Wu H,Zhang J.Biosens.Bioelectron.2015,78:67-72.]等。色谱法具有较高的灵敏度，但存在仪器成本较高，需要专业人员操作，耗时等问题；酶联免疫吸附法是基于抗原-抗体的特异性识别反应而建立的方法，存在原料(抗体)生产成本高、生产周期长，且标记修饰复杂的问题；表面增强拉曼光谱法所使用的探针制备复杂及其高成本限制了其应用推广。因此，开发简便、快速、灵敏、实用地检测食品中微量氯霉素的方法仍然是十分必要和重要的。

光电化学检测技术是根据光照射下的光电极的光电流的变化与目标分析物浓度的关系进行检测。检测中，光信号(激发信号)与电信号(检测信号)的有效分离降低了检测背景，从而实现了高灵敏度和低检测限。同时，因其具有装置简单、价格便宜、快速响应及灵敏度高等优势，在生物分析[Zhao W W,Xu J J,Chen H Y.Chem.Soc.Rev.2015,44:729–741.]、污染物监测[Shi L,Yin Y,Zhang L C,Wang S.Appl Catal B-Environ.2019,248:405–422.]和疾病诊断[Li X,Zhu L,Zhou Y.Anal Chem.2017,89:2369-2376.]等领域具有广阔的应用前景。目前，已有报道采用光电化学方法检测氯霉素[Zhu X,Gao L,Tang L,Peng,B.Biosens.Bioelectron.2019,146:111756.]，但此方法均需要将生物分子固定在电极表面，具有成本较高(生物分子需要进行标记)、操作耗时、生物识别效率低等问题，而本发明提供了一种无需生物分子固定、操作简便、成本低、选择性好、灵敏度高的光电化学方法来检测氯霉素。

发明内容

本发明采用的光电材料为绣球状Bi

本发明的目的在于提供一种简单、快速、高效的光电化学检测CAP的方法，该方法具有操作简便、成本低、选择性好、灵敏度高等优点。

基于此目的，本发明设计思路为：胺基修饰的介孔二氧化硅(PMSN)包埋K

本发明提供了一种光电化学检测CAP含量的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)Bi

(2)胺基修饰的介孔二氧化硅(PMSN)的合成：将硅源、孔生成剂、碱试剂分散在水中进行水热反应，反应结束后，离心、收集固体，干燥，煅烧，即得介孔二氧化硅(MSN)；然后利用氨基硅烷试剂改性所得介孔二氧化硅(MSN)，制得胺基修饰的介孔二氧化硅(PMSN)；

(3)包埋释放反应和光电流测定：将信号分子、步骤(2)所得胺基修饰的介孔二氧化硅分散在水中，实现信号分子包埋，并加入CAP适配体孵育，制得含适配体包裹装载信号分子的介孔二氧化硅的混合液；将该混合液与不同已知浓度的CAP样品混合、孵育，孵育结束后，离心、取上清液，并滴涂到步骤(1)所得Bi

(4)线性模型构建：通过步骤(3)所得的不同已知CAP浓度的光电流值I，和CAP浓度为0的样品所得的光电流值I0，计算得到不同浓度相应的光电流差值ΔI(ΔI＝I-I

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)中悬浊液的浓度为1.0mg/mL。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)中Bi

将铋盐和钨酸盐分散在水中，加入碱试剂，混匀，进行水热反应，反应结束后，洗涤、干燥，即得粉末状Bi

在本发明的一种实施方式中，所述铋盐为硝酸铋或硫酸铋中的一种。

在本发明的一种实施方式中，制备Bi

在本发明的一种实施方式中，制备Bi

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)中Bi

将硝酸铋溶液与钨酸盐溶液混合，两种溶液的物质的量浓度之比为1:1，加入20.0mL(0.2mol/L)的NaOH溶液，混匀后，移入高压反应釜中，一定温度下反应一定时间；反应完成后，冷却、洗涤、干燥，得到粉末状Bi

将硝酸铋溶液与钨酸盐溶液混合，两种溶液的物质的量浓度之比为1:1，加入20.0mL(0.2mol/L)的NaOH溶液，混匀后，移入高压反应釜中，一定温度下反应一定时间；反应完成后，冷却、洗涤、干燥，得到粉末状Bi

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中硅源选自：正硅酸乙酯(TEOS)、正硅酸丙酯。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中孔生成剂选自：十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中碱试剂选自：氢氧化钠、氢氧化钾。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中水热反应的温度为70-80℃。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(3)中的信号分子为亚铁氰化钾或亚铁氰化铵中的一种或多种。

在本发明的一种实施方式中，所述方法具体包括如下步骤：

(1)Bi

(2)胺基修饰的介孔二氧化硅(PMSN)的合成：以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为孔生成剂，正硅酸乙酯(TEOS)作为硅源，二者在碱性条件下相互作用，反应完成后，离心、干燥、煅烧，即得介孔二氧化硅(MSN)；将得到的MSN用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)处理，即得到带正电的胺基官能化的介孔二氧化硅(PMSN)。

(3)包埋释放反应和光电流测定：取步骤(2)所得胺基修饰的介孔二氧化硅(PMSN)包埋信号分子，并加入CAP适配体孵育；将适配体包裹装载信号分子的PMSN混合液与待测物混合，孵育后；离心、取上清液滴涂到Bi

(4)线性模型构建：利用步骤(3)中光电流计算得到不同浓度下的光电流差值(I-I

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中胺基修饰的介孔二氧化硅(PMSN)的合成过程如下：

将1.0g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于480mL的水中，加入3.5mL(2.0mol/L)的氢氧化钠溶液，加热至70℃，然后加入5.0mL的正硅酸乙酯(TEOS)混合，在80℃下搅拌6小时后，得白色絮状物；蒸馏水与无水乙醇交替洗涤产物、将产物置于60℃烘箱中干燥4小时、然后置于马弗炉中550℃煅烧6小时后得介孔二氧化硅(MSN)；将50.0mg的MSN分散在5.0mL的无水乙醇中，加入1.0mL的3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，搅拌8小时后，洗涤、60℃干燥即得胺基修饰的介孔二氧化硅。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(3)中所述的包埋释放反应过程如下：

将所制备的PMSN加入到0.1mol/L的信号分子溶液中，室温下孵育过夜。接着，将50μmol/L的CAP适配体加入到上述反应液中，室温下孵育4小时。孵育完成后，将最终反应液用10mmol/L(pH 7.4)的Tris-HCl缓冲液离心洗涤。然后，将离心管底部装载信号分子的适配体包裹的PMSN悬浮在含0.1mol/L的NaCl的10mmol/L(pH 7.4)的Tris-HCl缓冲液中。将不同浓度的待测物CAP与适配体包裹装载信号分子的PMSN混合液在96微孔板中混合，并在37℃孵育4小时。最后，取出反应液离心，然后取上清液滴加到Bi

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(3)中信号分子为亚铁氰化钾或钴氰化钾中的一种或多种。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(3)中CAP适配体的序列为5′-ACT TCA GTGAGT TGT CCC ACG GTC GGC GAG TCG GTG GTA G-3′。

在本发明的一种实施方式中，所述方法具体包括如下步骤：

a、Bi

b、Bi

c、胺基修饰的介孔二氧化硅(PMSN)的合成：将1.0g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于480mL的水中，将3.5mL(2.0mol/L)的氢氧化钠加入到CTAB溶液中，加热至70℃，然后，加入5.0mL的正硅酸乙酯(TEOS)混合，在80℃下搅拌6小时后，得白色絮状物；蒸馏水与无水乙醇交替洗涤产物、将产物置于60℃烘箱中干燥4小时、然后置于马弗炉中550℃煅烧6小时后得介孔二氧化硅(MSN)；将50.0mg的MSN分散在5.0mL的无水乙醇中，加入1.0mL的3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，搅拌8小时后，洗涤、60℃干燥即得胺基修饰的介孔二氧化硅。

d、包埋释放反应及光电流的测定：取步骤c制备好的胺基修饰的介孔二氧化硅(PMSN)加入到0.1mol/L的信号分子溶液中，室温下孵育过夜；接着，将50μmol/L的氯霉素适配体加入到上述反应液中，室温下孵育4小时；孵育完成后，将最终反应液用10mmol/L(pH7.4)的Tris-HCl缓冲液离心洗涤，并将离心管底部装载信号分子的适配体包裹的PMSN悬浮在含0.1mol/L的NaCl的10mmol/L(pH 7.4)的Tris-HCl缓冲液中；然后将10μL不同浓度的待测物氯霉素与适配体包裹装载信号分子的PMSN混合液在96微孔板中混合，并在37℃孵育4小时；最后，包埋释放反应完毕后，取出反应液离心，然后取30μL上清液滴加到Bi

在本发明的一种实施方式中，我们用胺基修饰的介孔二氧化硅(PMSN)包埋信号分子，待测物氯霉素(CAP)的适配体作为PMSN孔口的生物门控，当待测物CAP存在时，适配体脱离PMSN表面与CAP生成CAP/适配体复合物，信号分子从孔中释放，测得高光电流信号；反之，信号分子留在PMSN孔内，测得低光电流信号；利用信号分子与Bi

在本发明的一种实施方式中，所述方法还包括：按照步骤(3)对待测样品进行处理，测得相应的光电流值；然后通过步骤(4)的线性测定模型，计算得到待测样品中CAP的浓度含量。

本发明有益效果：

本发明首次提出如下检测氯霉素的思路：利用胺基修饰的介孔二氧化硅(PMSN)包埋K

本发明提供了一种高灵敏检测氯霉素(CAP)的光电化学方法，该方法无需生物分子固定、操作简便、成本低、选择性好、灵敏度高，且线性范围宽(0.05～100nmol/L)、检测限低(12pmol/L)、在实际应用中具有一定的潜力。

附图说明

图1为实施例1中制备得到的Bi

图2是实施实例1制备的Bi

图3是实施实例1制备的Bi

图4是实施实例1的方法中得到的光电流差值ΔI(ΔI＝I-I

具体实施方式

实施例1

a、Bi

b、Bi

c、胺基修饰的介孔二氧化硅(PMSN)的合成：将1.0g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于480mL的水中，将3.5mL(2.0mol/L)的氢氧化钠加入到CTAB溶液中，加热至70℃，然后，加入5.0mL的正硅酸乙酯(TEOS)，在80℃下搅拌6小时后，得白色絮状物；用蒸馏水与无水乙醇交替洗涤产物、将产物置于60℃烘箱中干燥4小时、然后置于马弗炉中550℃煅烧6小时后得介孔二氧化硅(MSN)；将50.0mg的MSN分散在5.0mL的无水乙醇中，加入1.0mL 3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，搅拌8小时后，洗涤、60℃干燥即得胺基修饰的介孔二氧化硅(PMSN)。

d、包埋释放反应及光电流的测定：取步骤c制备好的50.0mg PMSN加入到50mL0.1mol/L的信号分子K

其中，光电流测定以Ag/AgCl电极和Pt丝分别作为参比电极和对电极组成三电极体系。将370～380nm波段的LED灯作为激发光源，通过电化学工作站记录工作电极的光电流。

结果如图4所示，该方法对CAP具有灵敏的响应，线性方程为ΔI(nA)＝0.4476log[C

实施例2

a、Bi

b、Bi

c、胺基修饰的介孔二氧化硅的合成(PMSN)：将1.0g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于480mL的水中，将3.5mL(2.0mol/L)的氢氧化钠加入到CTAB溶液中，加热至70℃，然后，加入5.0mL的正硅酸乙酯(TEOS)，在80℃下搅拌6小时后，得白色絮状物；用蒸馏水与无水乙醇交替洗涤产物、将产物置于60℃烘箱中干燥4小时、然后置于马弗炉中550℃煅烧6小时后得介孔二氧化硅(MSN)；将50.0mg的MSN分散在5.0mL的无水乙醇中，加入1.0mL 3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，搅拌8小时后，洗涤、60℃干燥即得胺基修饰的介孔二氧化硅(PMSN)。

d、包埋释放反应及光电流的测定：取步骤c制备好的50.0mg PMSN加入到50mL0.1mol/L的信号分子(NH