一种光电化学适配体传感器及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于生物传感器技术领域，涉及一种光电化学适配体传感器及其制备方法和应用，具体涉及一种基于金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片的光电化学适配体传感器及其制备方法和应用。

背景技术

由于仪器简单、低成本、快速分析和高灵敏度等优点，光电化学传感器已经引起了越来越多的研究兴趣。在光电化学传感器检测系统中，采用工作电极将光能转化为与浓度成线性关系的电信号，因而工作电极在光电化学传感器检测系统中起着重要作用。各种光活性半导体材料如TiO

有机磷农药，是指含磷元素的有机化合物农药。主要用于防治植物病、虫、草害。多为油状液体，有大蒜味，挥发性强，微溶于水，遇碱破坏。其在农业生产中的广泛使用，导致农作物中发生不同程度的残留。有机磷农药对人体的危害以急性毒性为主，多发生于大剂量或反复接触之后，会出现一系列神经中毒症状，如出汗、震颤、精神错乱、语言失常，严重者会出现呼吸麻痹，甚至死亡。二嗪哝(DZN)是一种典型的有机磷农药，具有极高的杀虫效率。但是，二嗪哝的滥用带来了一些不良影响，对环境造成了严重的污染。现有测定二嗪哝的方法包括：高效液相色谱法、酶联免疫吸附试验、毛细管电泳法、免疫分析和电化学方法等等，这些方法中存在操作繁琐、精确度和特异性较差、检测成本较高等问题。因此，开发高灵敏度和选择性的方法来定量检测环境中的二嗪哝是非常必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种稳定性高、使用寿命长、抗干扰能力强、检测范围宽、检测极限低的光电化学适配体传感器，并相应提供一种工艺简单、操作便捷、安全、成本低廉、无污染、制作效率高的光电化学适配体传感器的制备方法，同时还提供一种上述光电化学适配体传感器在检测有机磷农药中的应用，特别地，采用上述光电化学适配体传感器检测二嗪哝时具有抗干扰能力强、检测范围宽、检测极限低等优点。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种光电化学适配体传感器，包括三电极系统中用作工作电极的导电玻璃电极，所述导电玻璃电极的反应端表面修饰有复合纳米材料，所述复合纳米材料表面自组装有适配体探针，所述复合纳米材料为金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片，所述金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片是以硫杂化六方氮化硼纳米片为载体、在硫杂化六方氮化硼纳米片表面原位生长石墨相氮化碳、在所得负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片表面修饰金纳米粒子制得。

上述的光电化学适配体传感器中，优选的，所述适配体探针具有SEQ ID No.1所示的核苷酸序列。具体如下：

5′-(SH)-(CH

上述的光电化学适配体传感器中，优选的，所述金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片中，负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片与金纳米粒子的质量比为1∶0.01～0.1。

上述的光电化学适配体传感器中，优选的，所述导电玻璃电极为二氧化锡导电玻璃电极。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述光电化学适配体传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片悬浮液；

S2、将金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片悬浮液涂覆在导电玻璃电极的反应端表面，在反应端表面得到复合纳米材料，即得到复合纳米材料修饰的导电玻璃电极；

S3、将适配体探针溶液滴加到步骤S2得到的复合纳米材料修饰的导电玻璃电极的反应端表面进行反应，使适配体探针通过金巯共价键固定在导电玻璃电极的反应端表面，然后将所得导电玻璃电极加入到6-巯基己醇溶液中进行培养，以封闭导电玻璃电极反应端表面的剩余结合位点，得到光电化学适配体传感器。

上述的光电化学适配体传感器的制备方法中，优选的，所述步骤S1中，所述金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片悬浮液由以下方法制得：

(1)将硼酸和尿素溶解到水中，得到混合溶液；

(2)将步骤(1)得到的混合溶液进行加热，将水蒸发，得到混合晶体；

(3)将步骤(2)得到的混合晶体升温至800℃～900℃焙烧4h～6h，得到六方氮化硼纳米片；

(4)将步骤(3)得到的六方氮化硼纳米片与升华硫充分混合均匀，升温至420℃～440℃焙烧1h～2h，得到硫杂化六方氮化硼纳米片；

(5)将步骤(4)得到的硫杂化六方氮化硼纳米片与三聚氰胺充分混合均匀，升温至500℃～550℃焙烧4h～6h，得到负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片；

(6)将负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片分散于甲醇和水组成的混合溶液中，得到负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片分散液；

(7)将负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片分散液与氯金酸溶液混合，搅拌，经光还原反应，得到金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片；

(8)将金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片分散于全氟磺酸溶液中，得到金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片悬浮液。

上述的光电化学适配体传感器的制备方法中，优选的，所述步骤(1)中，所述硼酸和尿素的质量比为1∶4～5；所述步骤(4)中，所述六方氮化硼纳米片与升华硫的质量比为2～4∶1；所述步骤(5)中，所述硫杂化六方氮化硼纳米片与三聚氰胺的质量比为1∶5～10。

上述的光电化学适配体传感器的制备方法中，优选的，所述步骤(6)中，所述负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片与甲醇和水组成的混合溶液的质量体积比为2mg～3mg∶1mL，所述甲醇和水组成的混合溶液是由甲醇和超纯水混合制得，其中甲醇和超纯水的体积比为0.5～1.5∶5；

所述步骤(7)中，所述氯金酸溶液是由氯金酸和水混合制得，所述氯金酸和水的质量体积比为1g∶60mL～120mL，所述氯金酸溶液与负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片分散液的体积比为0.0025～0.05∶1，所述搅拌的时间为0.5h～1.5h，所述光还原反应的时间为0.5h～1.5h。

上述的光电化学适配体传感器的制备方法中，优选的，所述步骤S1中，所述金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片悬浮液中，金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片的浓度为2mg/mL～10mg/mL；

上述的光电化学适配体传感器的制备方法中，优选的，所述步骤S3中，所述适配体探针溶液的浓度为0.5μM～5μM，所述反应在温度为3℃～5℃下进行，所述反应的时间为10h～12h，所述6-巯基己醇溶液的浓度为0.5mM～1.5mM，所述培养的时间为0.5h～1h。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的光电化学适配体传感器或上述的制备方法制得的光电化学适配体传感器在检测有机磷农药中的应用。

上述的应用中，优选的，所述应用包括以下步骤：将有机磷农药溶液滴加到所述光电化学适配体传感器中导电玻璃电极的反应端表面进行反应，使光电化学适配体传感器中的适配体探针对有机磷农药进行特异性识别和捕获；以捕获有机磷农药的导电玻璃电极作为工作电极，建立三电极系统；将三电极系统与电化学工作站连接，采用计时电流法在间歇光照下进行测试；根据有机磷农药浓度与光电流变化关系构建检测线性回归方程，根据检测线性回归方程计算待测溶液中有机磷农药的浓度。

上述的应用中，优选的，所述有机磷农药为二嗪哝时，所述光电化学适配体传感器中适配体探针具有SEQ ID No.1所示的核苷酸序列，所述二嗪哝浓度与光电流变化关系的检测线性回归方程为：

ΔI＝0.322lg C

式(1)中，ΔI表示峰电流与背景峰电流的差值，单位为μA，lg C

SEQ ID No.1所示的核苷酸序列为：

5′-(SH)-(CH

上述的应用中，优选的，所述反应的时间为0.5h～1h。

本发明中，浓度单位M指mol/L。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明提供了一种光电化学适配体传感器，包括三电极系统中用作工作电极的导电玻璃电极(如二氧化锡导电玻璃电极)，其中导电玻璃电极的反应端表面修饰有由金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片组成的复合纳米材料，复合纳米材料表面自组装有适配体探针。本发明中，金纳米粒子的修饰、石墨相氮化碳的负载和硫元素的掺杂，对提高六方氮化硼的光电化学性能具有协同促进作用，使得本发明的金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片具有更强的光电化学响应、更好的稳定性和更高的光能利用率高。将金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片作为功能型纳米材料用于制备光电化学适配体传感器的工作电极，可减少工作电极制备步骤，提高光电化学适配体传感器的检测灵敏度，且金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片具有比表面积大、孔径规整有序、分散性能好、光能利用率高等优点，可以提供更多的活性位点和适配体探针负载位点，最小化电子扩散距离，极大地促进电子和空穴的分离，极大地提高光生电子空穴的分离效率，从而提高光电化学适配体传感器的分析性能。本发明中，如果待测水体中存在污染物分子，适配体探针会特异性识别和捕获污染物分子，此时在电极表面形成位阻效应，阻碍金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片产生的光生电子传递，且光电流信号随着污染物浓度的增加而减小，从而达到检测污染物的目的。

本发明中，硫杂化六方氮化硼纳米片、石墨相氮化碳与金纳米粒子具有协同放大作用，以及负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片与金纳米粒子均具有较高的电导性和良好的热稳定性，可以提高光能利用率，促进电子和空穴分离，使得工作电极有更好的光生电子空穴对的分离效率与导电能力，很大程度上提高了光电化学适配体传感器的灵敏度，降低了信噪比，从而使得光电化学适配体传感器具有宽的检测范围和低的检测极限。本发明中，负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片是一种具有规整内平面介孔结构的超薄层状结构，该结构可以使负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片稳定地固定在导电玻璃电极反应端表面，且可以使金纳米粒子均匀分散在负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片表面，同时在负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片表面的金纳米粒子为适配体探针的固定提供了很好的平台，使得适配体探针可以通过金巯键稳定地附着在导电玻璃电极的反应端表面，从而提高光电化学适配体传感器的稳定性和使用寿命。本发明中，采用适配体探针固定于反应端表面，可针对不同的污染物采用不同的特异性适配体探针，具有高特异性、结合能力强、高稳定性等优点，是一种抗干扰能力强的识别元件。本发明光电化学适配体传感器具有稳定性高、使用寿命长、抗干扰能力强、检测范围宽、检测极限低等优点，可实现对水体和生物体等介质中污染物(如有机磷农药)的特异性检测，利用率高，且有着很好的使用价值和应用前景。

(2)本发明的光电化学适配体传感器中，所用金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片，以硫杂化六方氮化硼纳米片为载体，在硫杂化六方氮化硼纳米片表面原位生长石墨相氮化碳，负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片表面修饰金纳米粒子。本发明负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片中，硫原子的掺杂可以提高石墨相氮化碳对可见光的吸收能力，能够进一步提高六方氮化硼材料的光催化效果，且负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片表面具有介孔结构，比表面积进一步增加，可以促进材料与反应物的接触，也能更有利于金纳米粒子在负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片上面的成核生长，形成的复合材料接触也更紧密，稳定性更高；同时，负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片，具有制备简单、稳定性高、环境友好等优点。本发明中，金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片能够对可见光具有很好的利用率，而且将光响应范围从可见光区拓展到近红外光区，同时具有很好的光生电子和空穴分离能力，使得电子-空穴复合减少，通过减少光响应过程中有效电子和空穴的损耗，从而极大地提高材料的光电化学性能，能够产生很高的光电响应。同时修饰的金纳米粒子存在等离子体共振效应(SPR)，还可以作为一个新的电子空穴对复合中心，能够进一步提高复合材料的光电性能。

(3)本发明提供了一种光电化学适配体传感器的制备方法，具有工艺简单、操作便捷、安全、成本低廉、无污染、制作效率高等优点，适合于大规模制备，有利于工业化应用。

(4)本发明制备方法中，还包括对金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片的制备，由以下方法制得：以负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片为载体，将负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片分散甲醇/水混合溶液中，然后加入氯金酸溶液进行光还原将金纳米粒子原位负载到负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片表面，具有操作简单，金纳米粒子分散均匀，不需要添加额外的化学辅助溶剂等优点，且所形成复合材料稳定性好，光电化学性能强。本发明金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片的制备方法具有制备工艺简单、成本低等优点，适合于大规模制备。

(5)本发明还提供了一种光电化学适配体传感器在检测有机磷农药中的应用，通过将有机磷农药溶液滴加到光电化学适配体传感器中导电玻璃电极(如二氧化锡导电玻璃电极)的反应端表面进行反应，使光电化学适配体传感器上的适配体探针对有机磷农药分子进行特异性识别和捕获，然后以捕获有机磷农药的导电玻璃电极作为工作电极，建立三电极系统，并通过三电极系统与电化学工作站连接，采用计时电流法在间歇光照下进行测试，建立有机磷农药浓度与光电流变化关系的检测线性回归方程，根据该检测线性回归方程计算待测溶液中有机磷农药的浓度。特别地，采用本发明光电化学适配体传感器检测二嗪哝时，该光电化学适配体传感器能够检测水体和生物体等介质中的二嗪哝，提高了光电化学适配体传感器的利用率，且对于二嗪哝的检测能获得较好的检测范围和检测极限，具有稳定性高、使用寿命长、检测范围宽、检测极限低、抗干扰能力强等优点，应用范围广，应用价值高。

附图说明

图1为本发明实施例1中制得的六方氮化硼(h-BN)，负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/CN)和金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/Au/CN)的透射电镜图，其中(A)为h-BN，(B)S-BN/CN，(C)为S-BN/Au/CN。

图2为本发明实施例1中制得的六方氮化硼(h-BN)、负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/CN)和金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/Au/CN)的孔径分布图。

图3为本发明实施例1中制得的六方氮化硼(h-BN)，硫杂化六方氮化硼(S-BN)，石墨相氮化碳(CN)，负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/CN)和金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/Au/CN)的XRD图。

图4为本发明实施例1中制得的金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/Au/CN)、实施例2中制得的光电化学适配体传感器(aptamer/S-BN/Au/CN/FTO)的阻抗图。

图5为本发明实施例2中光电化学适配体传感器检测不同浓度二嗪哝溶液时对应的光电流响应图。

图6为本发明实施例2中不同浓度二嗪哝与光电流变化关系的检测线性回归图。

图7为本发明实施例4中光电化学适配体传感器检测不同有机磷农药时对应的光电流响应图。

图8为本发明实施例5中光电化学适配体传感器的稳定性对比图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中，若无特别说明，所采用的原料和仪器均为市售，所采用工艺为常规工艺，所采用设备为常规设备，且所得数据均是三次以上重复实验的平均值。

光源取自高亮度氙灯平行光源系统仪器，并以300W氙灯(北京泊菲莱)作为可见光源。电化学实验使用CHI660B电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)，利用传统的三电极体系：修饰的导电玻璃电极为工作电极，铂丝电极为对电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极(所有电位均相对于SCE)。

实施例1

一种本发明的光电化学适配体传感器，包括三电极系统中用作工作电极的导电玻璃电极，导电玻璃电极的反应端表面修饰有复合纳米材料，复合纳米材料由金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片组成，复合纳米材料表面自组装有适配体探针，适配体探针对污染物分子进行特异性识别和捕获，金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片是以硫杂化六方氮化硼纳米片为载体、在硫杂化六方氮化硼纳米片表面原位生长石墨相氮化碳、在负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片表面修饰金纳米粒子制得。

本实施例中，导电玻璃电极为二氧化锡(FTO)导电玻璃电极。

本实施例中，金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片中，负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片与金纳米粒子的质量比为1∶0.05。

本实施例中，适配体探针具有如SEQ ID No.1所示的核苷酸序列：

5′-(SH)-(CH

本实施例中，通过在硫杂化六方氮化硼纳米片表面原位生长石墨相氮化碳，再通过光还原法使金纳米粒子修饰在负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片表面，且金纳米粒子均匀分散在负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片的表面。

一种上述本实施例的光电化学适配体传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)将2g硼酸和8g尿素置于烧杯中，加入50mL水，搅拌充分溶解，得到混合溶液；将混合溶液加热，使水完全蒸发，得到白色的混合晶体；将混合晶体放置于管式炉中焙烧，具体为：将混合晶体从室温升至900℃，保持5h，待冷却至室温，研磨，得到六方氮化硼纳米片，记为h-BN。

(2)称取2g步骤(1)得到的六方氮化硼粉体与1g升华硫研磨，均匀混合，再放入管式炉中从室温升至440℃，保持2h，待冷却至室温，得到硫杂化六方氮化硼纳米片，即为S-BN。

(3)称取0.2g步骤(2)得到的硫杂化六方氮化硼纳米片与2g三聚氰胺充分混合均匀，升温至550℃焙烧5h，得到负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片，记为S-BN/CN。

(4)取0.05g步骤(3)制备的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片置于20mL甲醇/水混合溶液中，混合均匀，得到负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片分散液，其中，甲醇/水混合溶液由甲醇和超纯水混合制备得到，甲醇与超纯水的体积比为1∶5。将512μL氯金酸溶液(该氯金酸溶液中氯金酸和超纯水的质量体积比为1g∶120mL)加入到负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片分散液中，搅拌1h，进行光还原反应1h，使金纳米粒子负载到负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片材料表面，收集，清洗，干燥，得到金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片，记为S-BN/Au/CN。

(5)将0.004g金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/Au/CN)加入到1mL全氟磺酸溶液中，振荡均匀，得到金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片悬浮液。

(6)将金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片悬浮液均匀涂覆到处理干净的二氧化锡(FTO)导电玻璃电极的反应端表面，形成由金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片组成的复合纳米材料，干燥后，得到金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片修饰的二氧化锡导电玻璃电极。

(7)将浓度为2μM的适配体探针溶液滴加到上述金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片修饰的二氧化锡导电玻璃电极的反应端表面，置于4℃环境下孵育12h，用超纯水清洗二氧化锡导电玻璃电极表面，加入到浓度为1mM的6-巯基己醇溶液中保持30min，用超纯水清洗，得到反应端表面修饰有适配体和金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片的二氧化锡导电玻璃电极。其中，适配体探针为二嗪哝特异性适配体探针，具有如SEQ ID No.1所示的核苷酸序列：

5′-(SH)-(CH

(8)以上述得到的反应端表面修饰有适配体和金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片的二氧化锡导电玻璃电极为工作电极，建立三电极系统，完成对光电化学适配体传感器的制备。

对上述本实施例制得的六方氮化硼(h-BN)，负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/CN)和金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/Au/CN)进行透射电镜成像分析，结果如图1所示。图1为本发明实施例1中制得的六方氮化硼(h-BN)，负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/CN)和金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/Au/CN)的透射电镜图，其中(A)为h-BN，(B)为S-BN/CN，(C)为S-BN/Au/CN。从图1(A)中可知，六方氮化硼纳米片呈典型的片层结构，表面不光滑，具有大量的内平面介孔结构。从图1(B)中可知，负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片表面变得粗糙，但其孔状结构仍被完好保留。从图1(C)中可知，金纳米粒子均匀的分散在负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片表面，说明金纳米粒子和负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片很好地进行了复合。

对本发明实施例1中制得的六方氮化硼(h-BN)，负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/CN)和金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/Au/CN)进行孔径分布测试，结果如图2所示。图2为本发明实施例1中制得的六方氮化硼(h-BN)，负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/CN)和金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/Au/CN)的孔径分布图。由图2可知，本发明h-BN，S-BN/CN和S-BN/Au/CN的孔径分布在3nm～5nm，主要分布在3.6nm。另外，比表面积分析结果为：h-BN的比表面积为268.420m

对本发明实施例1中制得的六方氮化硼(h-BN)，硫杂化六方氮化硼(S-BN)，石墨相氮化碳(CN)，负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/CN)和金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/Au/CN)进行X射线衍射分析，结果如图3所示。图3为本发明实施例1中制得的六方氮化硼(h-BN)，硫杂化六方氮化硼(h-BN)，石墨相氮化碳(CN)，负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/CN)和金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/Au/CN)的XRD图。由图3可知，S-BN/CN同时表现出了六方氮化硼和石墨相氮化碳的(100)和(002)两个特征峰，而S-BN/Au/CN则包含了金纳米粒子和S-BN/CN两种物质的特征峰，表明该种复合材料的成功制备。

由图1-3中的结果可知，本发明制备的金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片为规整有序内平面介孔结构，具有较大的比表面积，且金纳米粒子均匀分散在负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片表面。

对上述制得的金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片(S-BN/Au/CN)、光电化学适配体传感器(aptamer/S-BN/Au/CN/FTO)在含0.1M KCl的5.0mM铁氰溶液([Fe(CN)

实施例2

一种本发明的光电化学适配体传感器在检测有机磷农药中的应用，由实施例1中制备的基于功能型纳米材料构建的光电化学适配体传感器检测环境污染物，具体为考察由金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片制得的光电化学适配体传感器在检测二嗪哝中的应用，包括以下步骤：

(1)将二嗪哝溶液滴加到实施例1制备的光电化学适配体传感器的二氧化锡导电玻璃电极反应端表面上，60℃条件下培育1h，使光电化学适配体传感器上的适配体探针对二嗪哝进行特异性识别和捕获。

(2)以步骤(1)中捕获二嗪哝的二氧化锡导电玻璃电极作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂电极作为对电极，建立三电极系统。将三电极系统与电化学工作站连接，采用计时电流法在间歇光照下进行测试。

(3)根据二嗪哝浓度与光电流变化关系构建检测线性回归方程，并根据检测线性回归方程计算待测溶液中二嗪哝的浓度。

图5为实施例2中光电化学适配体传感器检测不同浓度二嗪哝溶液时对应的光电流响应图。图5中，a、b、c、d、e、f、g分别对应二嗪哝溶液的浓度为0.01nM、0.1nM、1nM、10nM、100nM、1000nM和10000nM。由图5可知，光电流随着二嗪哝浓度的增加而减小。

图6为实施例2中不同浓度二嗪哝与光电流变化关系的检测线性回归图。由图6可知，二嗪哝浓度与光电流变化关系的检测线性回归方程为：

ΔI＝0.322lg C

式(1)中，ΔI表示峰电流与背景峰电流的差值，单位为μA；lg C

由此可见，由实施例1制备的基于金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片的光电化学适配体传感器可以用来检测二嗪哝，并可根据检测线性回归方程计算待测二嗪哝的浓度。

实施例3

考察金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片为功能型纳米材料用于检测环境污染物时的检测精确度，具体为考察由金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片制得的光电化学适配体传感器的检测精确度。

为了进一步验证实施例1制备的光电化学适配体传感器在实际应用中的检测效果，将该光电化学适配体传感器用于实际样品中的目标检测(测定方法参照实施例2)，进行回收率实验。

(1)采用实施例1制备的光电化学适配体传感器分别在湘江水、自来水和苹果上清液中检测二嗪哝的浓度，具体步骤为：将不同溶液经过滤等预处理后，取上清液用磷酸盐缓冲溶液调节pH至7.4。样品(含有二嗪哝)中目标物质的浓度参照表1，最后将实施例1的光电化学适配体传感器按照实施例2的方法检测待测溶液中的二嗪哝，并将结果与传统HPLC方法检测结果进行对比，测定结果列于表1中。

表1待测溶液的回收率验证结果

从表1中可以看出，本发明的光电化学适配体传感器在可测定的浓度范围内，回收率基本在98.03％～102.21％之间，测定结果理想，相比传统的检测技术，采用本发明光电化学适配体传感器的检测方法操作简单快速。

由表1可知，由实施例1制备的基于金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片的光电化学适配体传感器可用于检测不同水体中的二嗪哝，能够获得较好的检测精度。

实施例4

考察实施例1制备的光电化学适配体传感器的抗干扰能力，现用实施例1中的光电化学适配体传感器分别对浓度为100nM的二嗪哝溶液(diazinon)、马拉硫磷(malathion)、甲拌磷(phorate)、丙溴磷(profenofos)、溴氰菊酯(deltamethrin)、各种有机磷农药的混合溶液(mixture)以及空白对照组(blank)进行测试(测定方法参照实施例2和实施例3)，检测结果如图7所示。

图7为本实施例中光电化学适配体传感器检测不同有机磷农药时对应的光电流响应图。由图7可知，本发明的光电化学适配体传感器对二嗪哝有较好的光电流响应，对其它有机磷农药无光电流响应，并且对各种有机磷农药的混合液具有较好的光电流响应，这说明本发明光电化学适配体传感器具有较好的抗干扰能力。

实施例5

考察金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片作为功能型纳米材料用于检测环境污染物时的稳定性，具体为考察由金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片制得的光电化学适配体传感器的稳定性。

为了验证本发明光电化学适配体传感器的稳定性，现将实施例1中制备的光电化学适配体传感器置于4℃冰箱中2个星期，取出光电化学适配体传感器按照实施例2中的方法对二嗪哝溶液(该溶液中二嗪哝的浓度均为100nM)进行测试，测试结果如图8所示。图8为本实施例中光电化学适配体传感器的稳定性对比图。由图8可知，本发明光电化学适配体传感器在4℃冰箱中保存2个星期后仍对二嗪哝有较好的响应，对比于最初检测二嗪哝的光电流响应值仍有98.8％，说明本发明光电化学适配体传感器稳定性好、使用寿命长。

上述检测结果表明，由本发明金纳米粒子修饰的负载石墨相氮化碳的硫杂化六方氮化硼纳米片制得的光电化学适配体传感器具有稳定性好、使用寿命长、检测范围宽、检测极限低、抗干扰能力强等优点。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

序列表

<110> 湖南大学

<120> 一种光电化学适配体传感器及其制备方法和应用

<160> 1

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 72

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<220>

<221> misc_feature

<222> (1)..(72)

<223> 根据实验要求而设计，以作为适配体探针的核苷酸序列

<400> 1

atccgtcaca cctgctctaa tatagaggta ttgctcttgg acaaggtaca gggatggtgt 60

tggctcccgt at 72