[发明专利]一种用于检测铜离子的生物基离子印迹传感器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于检测铜离子的生物基离子印迹传感器及其制备方法，本发明利用生物材料羧甲基壳聚糖具有良好的水溶性、成膜性和极强的金属螯合能力，并结合氨基功能化石墨烯的稳定性、高导电性和优异的力学性能，采用离子印迹技术构建与铜离子具有高度匹配空间结构的生物传感器。本发明生物基离子印迹传感器能够克服DNA存在固有的缺陷如脱离生物环境的不稳定性，易降解、失活、扩散和聚集等，具有制备条件简单、抗恶劣环境能力强、绿色环保、灵敏度高和抗干扰能力强的优点，可实现水体系中铜离子的灵敏检测。

技术领域

本发明属于功能材料和电化学传感领域，涉及一种用于检测铜离子的生物基离子印迹传感器及其制备方法。

背景技术

随着冶金工业和电子行业的发展，大量铜粉洗涤废水、电镀废水和印刷电路板生产过程的碱氨蚀刻液被排放到环境中，从而对生态系统和人类的健康产生危害。铜作为生命必须的有益元素，铜本身毒性较小，但人体吸入过量铜后反而对身体有害。水体中的铜元素通过食物链在动植物体内逐步富集，并将其转化为毒性更大的金属有机化合物，很容易通过水和食物进入人体。由于铜与人体中某些组织的亲和力较大，结合后会抑制酶的活性，从而对人体产生毒性作用。因此，从环境和食品安全现状以及存在的关键问题出发，建立适用于现场快速精准检测铜离子含量的新技术，及时有效地控制和预防铜污染引起的食源性疾病的发生具有重要的理论价值和现实意义。

与原子吸收法、离子色谱法等传统的铜离子的检测方法相比，电化学传感器分析技术具有快速、准确、高选择性、可以即时和在线检测等特点，成为重金属污染检测的重要发展趋势。敏感功能材料是电化学传感器的核心部件，其结构和物化性能直接决定传感器的功能与质量。

在发展重金属电化学生物传感器的过程中，基本采用基因探针(Probe DNA)和特异脱氧核酶(Specific DNAzyme)作为生物识别元件。然而，在实际应用中，生物高分子(DNA、DNAzyme)存在固有的缺陷如脱离生物环境的不稳定性，易降解、失活、扩散和聚集等，使生物传感器对使用环境要求较高、难以长期保存，成本高且识别元件难以得到，这些成为限制重金属生物传感器进一步发展的关键因素。因此，如何合成出稳定的、抗恶劣环境能力强，具有类似天然抗体功能的识别元件是发展高性能重金属生物传感器所面临的严峻科学问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于检测铜离子的生物基离子印迹传感器及其制备方法，模仿抗体-抗原的特异性分子识别机制，以羧甲基壳聚糖为功能单体，铜离子为模板离子，戊二醛为交联剂，氨基功能化石墨烯作为导电增强剂，制备用于铜离子的快速定量检测的新型电化学传感器。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种用于检测铜离子的生物基离子印迹传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将氧化石墨通过超声处理分散于蒸馏水中，制成氧化石墨分散液；再向分散液中加入氨水，超声分散；然后将混合溶液置于反应釜中进行水热反应，冷却至室温，抽滤，依次用盐酸、无水乙醇、蒸馏水洗涤至中性，干燥，得到氨基功能化的石墨烯；

(2)将玻碳电极机械抛光至光滑镜面，超声清洗并用氮气吹干后，置于电解质溶液H₂SO₄中进行循环伏安扫描得到准可逆的循环伏安峰，用二次蒸馏水将电极冲洗后于室温下晾干；

(3)在中性条件下，将羧甲基壳聚糖溶于蒸馏水中，室温下磁力搅拌至羧甲基壳聚糖完全溶解，配制成羧甲基壳聚糖溶液；将步骤(1)中制得的氨基功能化石墨烯加入到羧甲基壳聚糖溶液，室温超声分散得到羧甲基壳聚糖-氨基功能化石墨烯复合溶液；

(4)在步骤(3)中制得的羧甲基壳聚糖-氨基功能化石墨烯复合溶液中加入醋酸铜溶液，调节pH为酸性，磁力搅拌，得到均匀的混合溶液；