一种锌-空电池辅助增强的自供能电化学传感器及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于电化学检测分析技术领域，特别涉及一种锌-空电池辅助增强的自供能电化学传感器及其制备方法，以及该自供能电化学传感器在检测微囊藻毒素-RR中的应用。

背景技术

水体的富营养化，大气中二氧化碳含量的上升，以及气候变化是生物活性蓝藻毒素的重要来源。而其中微囊藻毒素(Microcystin，MCs)是一类具有生物活性的环状七肽化合物，为分布最广泛的肝毒素，主要由淡水藻类铜绿微囊藻产生。微囊藻毒素为七肽单环肝毒素，结构中存在着环状结构和间隔双键，因而具有相当的稳定性。它能够强烈抑制蛋白磷酸酶的活性，对生态和人类健康构成越来越大的威胁。随着中国生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)的颁布，将饮用水中微囊藻毒素含量限制为1μg/L，该标准的实施对水的质量提出了更高的要求

目前，MCs检测和定量的分析方法已取得重大进展，研究的方法主要包括蛋白质磷酸酶抑制试验(Protein Phosphatases Inhibition Assay(PPIA))、酶联免疫吸附试验(Enzyme Linked Immunosorbent Assay(ELISA))、高效液相色谱(High PerformanceLiquid Chromatography(HPLC))和液相色谱-质谱(Liquid Chromatography-MassSpectrometry(LC-MS))。然而，这些方法存在诸如成本高、操作繁琐或者对仪器要求较高等问题。

自供能电化学传感器作为一种新兴且功能强大的分析方法，因为其具有灵敏度高，检测限低(LOD)，无需外加电源以及结构简单易于微型化和集成化等优点近来备受关注。但是大多数自供能传感器存在着输出电压低、输出功率低、微放大电流大等缺陷，需要更复杂、更昂贵的仪器进行检测，从而限制了自供能传感器的发展。

金属空气电池通过金属阳极和氧气发生氧化还原反应进行发电，其中，锌空气电池因其具有较高的能量密度、以环境中的氧气为燃料、成本低、环境友好等优点受到了人们越来越多的关注。如中国专利CN116148322A公开了将锌片作为阳极，AgBr/CuBi

发明内容

本发明通过组装Zn片和WO

为达上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种锌-空电池辅助增强的自供能电化学传感器的制备方法，以WO

(1)WO

其中，钨酸钠溶液的摩尔浓度为0.2～0.3mol/L，浓盐酸的摩尔浓度为12mol/L，钨酸钠与浓盐酸的摩尔比为1:9～10。透明溶胶中钨酸的摩尔浓度为0.6mol/L；透明溶胶的旋涂量为200μL/cm

(2)WO

在搅拌下，将浓盐酸加入到钨酸钠溶液中，生成淡黄色沉淀；离心收集沉淀，洗涤至中性；将产物用过氧化氢溶解后去离子水稀释得到钨酸溶液；将钨酸溶液、乙二醇、盐酸、去离子水按体积比3:9:1:3混合均匀的混合溶液；将步骤(1)得到的含有WO

其中，钨酸钠溶液的摩尔浓度为0.2～0.3mol/L，浓盐酸的摩尔浓度为12mol/L，钨酸钠与浓盐酸的摩尔比为1:9～10。钨酸溶液的摩尔浓度为0.1mol/L；盐酸的摩尔浓度为3mol/L。

(3)锌-空电池辅助增强的自供能电化学传感器的制备：

将MC-RR适配体溶液滴涂于WO

其中，MC-RR适配体溶液的摩尔浓度为1～3μmol/L，优选的，MC-RR适配体的摩尔浓度为1.5～2.5μmol/L。MC-RR适配体溶液的涂滴量为20μL/cm

MC-RR适配体核苷酸序列为：5’-CAG CTCAGAAGC TTGATC CTA CTG CCC TTC AATGTT CAC TCC TGT TTC CTG ATC TTT GTC GAC TCG AAG TCG TGCATC TG-3’。

上述锌-空电池辅助增强的自供能电化学传感器在检测MC-RR中的应用，具体检测步骤如下：

S1、配制MC-RR标准溶液；

准确称取一定质量的MC-RR，使用去离子水配制成1.0×10

S2、标准曲线的绘制：

取一系列已知浓度的MC-RR滴涂于所制备的阴极材料表面，室温下孵育10～50min；以Zn片为阳极，WO

S3、样品检测，样品过滤除杂，按照上述步骤S2进行测试并获得电功率密度值，所得电功率密度用步骤S2中所得的线性回归方程进行计算，得出样品中MC-RR的浓度。

本发明的有益效果是：

本发明通过组装Zn片阳极和WO

(1)本发明通过组装Zn片阳极和WO

(2)与传统检测方法相比，本发明中所提出的电化学检测方法具有操作简便灵活，仪器设备简单，灵敏度高，线性范围宽，检测限低，检测成本低等特点。

附图说明：

以下将结合附图和实例对此发明做进一步说明。

图1是由阴极MC-RR/apta/WO

图2是WO

图3是不同pH值的PBS溶液对传感器的最大电功率密度的影响；

图4是滴涂20μL浓度为(a)1μM、(b)1.5μM、(c)2μM、(d)2.5μM、(e)3μM的适配体前后的电功率密度变化值的对比图；

图5是MC-RR在不同孵育时间下电功率密度变化值的对比图；

图6是WO

图7是不同浓度MC-RR的短路电流图。其中MC-RR的浓度按曲线峰值高低从低到高依次为1×10

图8是加入MC-RR后的最大电功率密度与MC-RR浓度对数的标准曲线。

具体实施方式

以下将结合实施例对此发明作出更近一步的详细说明。

实施例1

WO

(1)WO

用天平称取4g水合钨酸钠，溶于50mL水中，得到0.24M的钨酸钠溶液。在磁力搅拌下，逐滴加入12M的浓盐酸，直到不再产生淡黄色沉淀为止，滴加的浓盐酸的量为10mL。然后将生成的淡黄色沉淀装入离心管放入离心机中，以7000r/min的速率离心5min，重复5-7次，直到离心液的pH约为7。之后将洗涤好的淡黄色沉淀溶于20mL H

取200μL透明溶胶旋涂到清洗好的FTO导电玻璃上，放入70℃的烘箱中干燥3min。之后将其放入箱式马弗炉中烧结处理，以2℃/min的升温速率升温到400℃并保温1h，之后待到导电玻璃自然冷却后取出，得到WO

(2)WO

用天平称取6.6009g钨酸钠，将其溶于75mL水中，在搅拌的条件下加入15mL的浓盐酸(12M)，得到淡黄色沉淀，离心分离。将离心后的沉淀溶于60mL的过氧化氢中，搅拌直至沉淀完全溶解，之后将溶液用去离子水稀释至200mL，得到0.1M钨酸溶液。在80mL的聚四氟乙烯高压反应釜内衬中加入钨酸溶液(12mL 0.1M)、乙二醇(36mL)、HCl(4mL 3M)以及去离子水(12mL)，将其混合均匀，然后将涂有晶种层的FTO导电玻璃导电面向下浸入到混合液中，在120℃的烘箱中保温2h。自然冷却到室温，将FTO导电玻璃取出，依次用去离子水和无水乙醇清洗，之后在室温下自然晾干。

图2是WO

实施例2

WO

实施例3

WO

实施例4

WO

图6是WO

实施例5

如图1所示，锌-空电池辅助增强的自供能电化学传感器，以锌片作为阳极，以WO

锌-空电池辅助增强的自供能电化学传感器的制备方法，具有以下步骤：

(1)WO

用天平称取4g水合钨酸钠，溶于50mL水中，得到0.24M的钨酸钠溶液。在磁力搅拌下，逐滴加入12M的浓盐酸，直到不再产生淡黄色沉淀为止，滴加的浓盐酸的量为10mL。然后将生成的淡黄色沉淀装入离心管放入离心机中，以7000r/min的速率离心5min，重复5-7次，直到离心液的pH约为7。之后将洗涤好的淡黄色沉淀溶于20mL H

取200μL透明溶胶旋涂到清洗好的FTO导电玻璃上，放入70℃的烘箱中干燥3min。之后将其放入箱式马弗炉中烧结处理，以2℃/min的升温速率升温到400℃并保温1h，之后待到导电玻璃自然冷却后取出，得到WO

(2)WO

用天平称取6.6009g钨酸钠，将其溶于75mL水中，在搅拌的条件下加入15mL的浓盐酸(12M)，得到淡黄色沉淀，离心分离。将离心后的沉淀溶于60mL的过氧化氢中，搅拌直至沉淀完全溶解，之后将溶液用去离子水稀释至200mL，得到0.1M钨酸溶液。在80mL的聚四氟乙烯高压反应釜内衬中加入钨酸溶液(12mL 0.1M)、乙二醇(36mL)、HCl(4mL 3M)以及去离子水(12mL)，将其混合均匀，然后将涂有晶种层的FTO导电玻璃导电面向下浸入到混合液中，在120℃的烘箱中保温2h。自然冷却到室温，将FTO导电玻璃取出，依次用去离子水和无水乙醇清洗，之后在室温下自然晾干，得WO

(3)锌-空电池辅助增强的自供能电化学传感器的制备：

将20μL 1.5μM MC-RR适配体溶液滴涂于WO

(4)标准曲线的绘制：

配制MC-RR溶液，准确称取一定质量的MC-RR，使用去离子水配制成1.0×10

以MC-RR/apta/WO

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。