[发明专利]一种新型光助双极自供能适配体传感器件的构建方法

说明书

本发明提供了一种新型光助双极自供能适配体传感器的构建方法，同时利用万用表作为直接读出策略，步骤如下：步骤1、制备光阳极材料黑二氧化钛(B‑TiO₂)和光阴极材料三维氮掺杂石墨烯水凝胶负载氧化亚铜纳米球(Cu₂O/3DNGH)；步骤2、构建检测磺胺二甲基嘧啶的光助双极自供能适配体传感器。本发明构建的新型光助双极自供能适配体传感器无需外加电源，检测装置自身为其检测过程供能，并采用简单的万用表作为直接读出策略，易于微型化和便携化，实现现场检测。同时，传感器的阳极和阴极均由半导体材料构成，避免使用生物活性成分和贵金属电极Pt，大大提高了太阳能利用效率，降低了制作成本。

技术领域

本发明属于电化学生物传感技术领域，涉及一种基于光助双极燃料电池的自供能适配体传感器件的构建方法。

背景技术

自供能型电化学传感器是一种新兴的电化学检测技术，与传统的电化学传感系统不同，自供能传感器无需要外加电源，可为自身传感过程供能，通过将目标物的浓度变化转换为电源信号(如开路电压、电流密度或功率等)的变化，实现目标物的定量检测。自供能型电化学传感技术在推动传感器微型化、便捷化和低成本化等方面具有独特优势，如：无需外加电源，仅由两个电极(阳极和阴极)实现电化学检测，利于微型化；简单的电压表/电流表即可输出检测信号，降低了设备成本，易于实现检测便捷化；此外，由于未施加额外电源，避免了一些电活性物质在电极表面的反应，提高了传感器的特异性。

目前自供能电化学传感器研究主要通过生物质燃料电池(biomass fuel cell，BFC)途径实现。但是，生物质燃料电池系统中具有生物活性成分，存在着操作复杂、反应条件苛刻和不稳定等缺点，只能实现生物质能/电能的单一能源转换。为了克服这些问题，基于光助燃料电池(photofuel cell，PFC)的自供能电化学传感器引起了研究人员的广泛关注。PFC型自供能电化学传感器采用光敏半导体材料代替生物催化剂，将太阳能和化学能转化为电能，是一种二维能源转换装置，具有电子传输快、操作简单、理化性质稳定和输出性能高等优点。根据电池中光电极的个数，PFC分为单极PFC和双极PFC。目前，大多数研究主要集中在单极PFC，即只有一个电极是光敏材料，可以响应太阳光，另一个电极选用贵金属催化剂Pt、染料普鲁士蓝(PB)或一些电催化剂。为了提高太阳能利用效率，同时也是为了减少贵金属催化剂的使用，设计一种阴阳两极均为半导体光敏材料的双极PFC是很有意义的。双极PFC的构建，通常是以n-型半导体光阳极具有高于p-型半导体光阴极的费米能级为基础，确保驱动电子从光阳极流向光阴极。此外，在以往的报道中，自供能电化学传感器依然主要依靠电化学工作站采集和处理信号数据，难以实现现场检测，阻碍了其实际应用。因此，本发明采用万用表这一简单装备作为直接读出策略，替代了电化学工作站这种大体积的仪器，设计了一种便于现场检测的便携式自供能电化学传感器件。

磺胺二甲基嘧啶(SMZ)是一种广谱抗生素，作为兽医和畜牧业常用的饲料添加剂，在畜禽疾病的防治中发挥着重要作用。但是，过度使用SMZ导致的动物源性食品中的残留问题，严重威胁了人类健康。目前检测SMZ的方法有酶联免疫分析法、高效液相色谱法以及荧光免疫分析法等，虽然这些方法精确，但大多耗时、劳动密集、操作复杂，在实际应用方面存在局限性。因此，开发一种简单、快速、便携和低成本的分析方法是非常有必要的。

发明内容

本发明旨在提供一种集快速、简单、微型化、低成本化等优点为一体的便携式光助双极燃料电池自供能适配体传感器应用于SMZ的检测，利用简单万用表替代电化学工作站作为直接读出策略。

本发明中自供能传感器件的构建包括如下步骤：

步骤1、制备光阳极材料黑二氧化钛(B-TiO₂)：