Cu MOF-Au NPs血红蛋白电化学传感器的构建及其在丙烯酰胺检测中的应用

技术领域

本发明属于电化学生物传感领域，特别涉及Nafion/Hb/Au NPs/Cu MOF电化学生物传感器的构建及其在丙烯酰胺检测中的应用。

背景技术

丙烯酰胺(AA)作为一种食物中常见的有害物质，广泛存在于高温油炸食品中，具有神经毒性、遗传毒性、生殖毒性、代谢毒性、免疫毒性以及致癌性。长期接触AA会对人体造成伤害，因此需要建立一种简单、快速、灵敏的检测方法用于AA的检测。电化学生物传感器因其灵敏度高，成本低和即时分析而被认为是一种检测AA的有效方法。然而，AA不是电活性物质，无法直接产生电信号，因此主要采用间接检测的方法进行检测。

AA可以与血红蛋白(Hb)发生加成反应，产生的加成产物会导致Hb的电化学信号减弱，因此常常使用Hb构建用于检测AA的电化学传感器。然而由于Hb具有复杂的空间结构，其活性位点位于多肽链内，无法暴露出来，容易减缓电子的传输速率，从而使电化学信号减弱。为了增大血红蛋白的电化学信号，本发明制备了一种电聚合铜基金属有机框架(CuMOF)复合金纳米粒子(Au NPs)材料作为电极修饰材料，增大电极的导电性，提高传感器的检测性能。目前，使用电化学技术检测AA已有研究报道。然而使用Nafion/Hb/Au NPs/CuMOF电化学生物传感器检测AA的研究，国内外均尚未见到报道。本发明构建了一种新型电化学生物传感器，为电化学检测AA提供了新的研究思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效识别检测AA的电化学生物传感器。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：

1、Au NPs的制备

在三口烧瓶中加入质量分数为0.04％的HAuCl

2、Nafion/Hb/Au NPs/Cu MOF电化学生物传感器的构建

本发明采用三电极体系，玻碳电极(GCE)、铂丝(Pt)和饱和甘汞电极(SCE)分别作为工作电极、对电极和参比电极。首先，使用砂纸抛光GCE，再依次使用0.30μm、0.050μm 的三氧化二铝(Al

在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中加入三水合硝酸铜(Cu(NO

在制备好的Cu MOF/GCE上滴涂适量的Au NPs，干燥后继续滴涂适量的Hb，最后滴涂适量的Nafion溶液，干燥成膜后得到Nafion/Hb/Au NPs/Cu MOF电化学生物传感器。

3、Nafion/Hb/Au NPs/Cu MOF电化学生物传感器对AA的分析检测

将Nafion/Hb/Au NPs/Cu MOF/GCE浸入PBS溶液(PH＝7.0)中，采用差分脉冲伏安法 (DPV)扫描，记录还原峰值电流为Ip0。随后将Nafion/Hb/Au NPs/Cu MOF/GCE浸入含有AA的PBS溶液(PH＝7.0)中孵育5-15min后，进行DPV扫描，记录还原峰值电流为Ip。根据ΔIp(ΔIp＝Ip0-Ip)与AA浓度(C

4、Nafion/Hb/Au NPs/Cu MOF电化学生物传感器对实际样品薯片中AA的分析检测

对处理好的市售薯片样品进行两种浓度(0.005mg/mL，0.01mg/mL)的AA加标回收试验，测试薯片样品中AA的含量。

本发明有益效果：

1、本发明提供的电聚合Cu MOF/Au NPs复合材料具有良好的导电性能，丰富了金属有机骨架材料在电化学生物传感中的应用。

2、本发明提供的Nafion/Hb/Au NPs/Cu MOF电化学生物传感器，可用于定量检测AA，应用前景广阔。

3、本发明提供的Nafion/Hb/Au NPs/Cu MOF电化学生物传感器，构建方法简单，易于工业化生产；对操作人员专业性要求低，易于推广普及。

附图说明

图1为Cu MOF的扫描电镜图(SEM)

图2为空白GCE、Cu MOF/GCE、Au NPs/Cu MOF/GCE的X-射线衍射图谱(XRD)

图3为Hb在不同修饰电极上的电化学行为(CV、DPV)

图4为Nafion/Hb/Au NPs/Cu MOF电化学生物传感器检测AA的DPV图

图5为Nafion/Hb/Au NPs/Cu MOF电化学生物传感器检测溶液中AA的浓度与DPV还原峰值电流变化量之间的线性关系图

具体实施方式

下面具体实施方式，是对本发明技术方案作进一步具体的说明，但本发明不局限于以下所列举具体实施方式。

实施例1：Au NPs的合成

取100mL的去离子水于三口烧瓶中，加入4mL浓度为10mg/mL的HAuCl

实施例2：Au NPs/Cu MOF的合成以及Hb在不同修饰电极上的电化学性能表征

1、Au NPs/Cu MOF复合材料的制备

本发明采用三电极体系，玻碳电极(GCE)、铂丝(Pt)和饱和甘汞电极(SCE)依次为工作电极、对电极和参比电极。首先，使用砂纸抛光GCE，再依次使用0.30μm、0.050μm的Al

在30mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中加入0.07245g三水合硝酸铜(Cu(NO

在制备好的Cu MOF/GCE传感器表面滴涂10μL Au NPs，在50℃下干燥10分钟后得到Au NPs/Cu MOF/GCE传感器。

2、Hb在不同修饰电极上的电化学性能表征

为了研究Hb在不同修饰电极上的电化学性能，分别采用循环伏安法(CV)和差分脉冲伏安法(DPV)测试了Hb在不同修饰电极上的电子转移性能。图3A显示了不同修饰电极上Hb在PBS溶液中发生氧化还原反应产生氧化还原峰电流的强弱，Hb产生的还原峰电流强度从小到大依次为：裸GCE

实施例3：Nafion/Hb/Au NPs/Cu MOF电化学生物传感器的构建

在制备好的Au NPs/Cu MOF/GCE上滴涂适量的Hb溶液，放入冰箱中在4℃下干燥，得到Hb/Au NPs/Cu MOF/GCE。继续在Hb/Au NPs/Cu MOF/GCE表面滴涂10μLNafion溶液，干燥成膜后得到Nafion/Hb/Au NPs/Cu MOF电化学生物传感器。

实施例4：Nafion/Hb/Au NPs/Cu MOF电化学生物传感器对AA的分析检测

将Nafion/Hb/Au NPs/Cu MOF电化学生物传感器浸入PBS溶液(PH＝7.0)中，采用差分脉冲伏安法(DPV)扫描，记录还原峰值电流为Ip0。随后将Nafion/Hb/Au NPs/Cu MOF/GCE 浸入含有AA的PBS溶液(PH＝7.0)中孵育5-15min后，进行DPV扫描，记录还原峰值电流为Ip。结果如图4所示，Nafion/Hb/Au NPs/Cu MOF/GCE与AA反应前后的还原峰值电流存在明显的差值，电流下降了7.89μA。还原峰值电流变化值ΔIp(ΔIp＝Ip0-Ip)与AA浓度呈线性相关，其线性曲线如图5所示。

实施例5：Nafion/Hb/Au NPs/Cu MOF电化学生物传感器检测实际样品薯片中的AA

对处理好的市售薯片样品进行两个浓度(0.005mg/mL，0.01mg/mL)的AA加标回收实验。结果表明，所制备的Nafion/Hb/Au Nps/Cu MOF/GCE传感器对实际薯片样品中AA的回收率在96％-107％之间，相对标准偏差在2.8％-3.3％之间。说明本实验构建的Hb传感器具有良好的准确性，能够用于实际样品的检测。

以上所述的实施例为本发明的目的、技术方案和有益效果的说明，本发明的实施方式不受上述实施例的限制，任何在本发明的精神和原则范围内所做的任何修改、等同替换、改进等，都包含在本发明的保护范围之内。