[发明专利]一种快速检测果蔬表面微量农药残留的基于阵列电极的生物传感器

说明书

技术领域

本发明涉及农药残留快速检测领域，特别是涉及一种检测果蔬表 面微量农药残留的生物传感器及其阵列电极。

背景技术

农药在农业生产中的广泛应用对作物的增产增收发挥了重要作 用，然而，长期大量使用农药也引起了土壤、农产品中农药残留超标， 对生态环境和人类健康造成了危害。农药残留问题涉及到农产品安 全，这已经成为一个广泛关注的公共卫生问题。由于国内农产品的生 产、运输非常分散，菜农等可直接将产品运至市场销售，这种现状使 农产品的安全、快速检测显得尤为重要。

实验室检测果蔬中农药残留通常采用气相色谱法和液相色谱法， 结果准确，但耗时往往长达10个多小时，步骤繁琐且仪器昂贵，只适 合对少量样品的检测。

电化学生物传感器结合了酶的分子识别和选择性催化功能，同时 具有电化学电极响应快、操作简便的特点，因此在传感领域发展最早， 研究最深入，且电化学生物传感器的灵敏度高、易于自动化，非常适 合于大批量农药残留的初步筛查，已经成为农药残留检测重要研究方 向。另外，由于丝网印刷电极具有微型化、成本低廉，可批量生产、 可一次性使用等特点，已经成为快速检测农药残留的主要电极。

在实际应用中，农产品中的农药残留是微量甚至痕量的，单个电 极响应电流小，需要特殊的电流检测仪器才能达到精度要求，不利于 仪器的微型化，同时微弱的信号响应易引起噪声干扰和基线偏移，降 低了仪器的灵敏度。

因此，针对上述问题有必要提出基于丝网电极的一种检测果蔬表 面农药残留的新型电化学生物传感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、操作方便、成本低且检测灵 敏度高，结果准确可靠的基于阵列电极的生物传感器。

为增加电极的响应电流，本发明在现有的生物传感器的基础上增 加了工作电极的个数，并通过在传感器上附加检测环境改进了该生物 传感器的实用性。

所述的基于阵列电极的生物传感器含有绝缘介质，参比电极、辅 助电极和多个工作电极，多个工作电极并联形成阵列，其数量和分布 根据检测对象来决定，如表面积、表面形状等。

该生物传感器的主要原理是：果蔬表面农药残留物与阵列工作电 极上的特异性酶发生生物化学反应，通过电极将化学反应产生的物质 变化转化为电信号，在化学工作站上进行信号处理，从而实现对某类 农药残留物的快速检测。

为便于检测果蔬表面的农药残留，使阵列电极能够很好的与果蔬 表面接触，所述绝缘介质优选具有一定弹性的绝缘材料或绝缘涂料， 如聚氯乙烯，聚碳酸酯，聚苯乙烯等，使制备好的生物传感器阵列电 极能贴于果蔬表面进行检测；

另外，所述生物传感器的表面具有由高分子聚合材料层和所吸附 的缓冲液形成的缓冲液膜；所述高分子聚合材料可以选用本领域常用 的材料，如聚乙烯，聚丙烯，丙烯酸树脂；所述缓冲液选择磷酸或醋 酸缓冲液，优选磷酸缓冲液；

所述缓冲液膜优选由丙烯酸树脂与吸附在丙烯酸树脂中20-50μl 的0.05～0.1M磷酸缓冲溶液(pH7.0)构成。

上述缓冲液膜在受到被测物的挤压时，能够在在被测物表面与传 感器之间形成连续液膜，为生物传感器提供化学反应环境。

其中所述工作电极由基底电极、基底电极上的电化学催化剂层， 以及位于电化学催化剂层上的酶层组成；

或者，所述工作电极由基底电极、基底电极上的电化学催化剂与 酶的复合层组成；

所述基底电极使用本领域常用的方法制备，如可选用碳材料或者 金属材料制成。本发明所述的生物传感器的参比电极和所述辅助电极 可选择本领域常用的电极，为印刷电极方便，可选择银/氯化银电极 为参比电极；可选择碳膜电极为辅助电极。

多个工作电极是指2个及2个以上工作电极，优选2-20个。

所述电化学催化剂是碳纳米材料、或碳纳米材料与选自醌类化合 物(如四氰基对苯醌二甲烷)中的一种或多种复合物；

所述酶是农药特异性酶或者蛋白；其中所述农药特异性酶是指能 与被检测的特定农药发生生化催化反应，并产生一定电流信号的酶， 包括催化待测物质水解的水解酶和催化水解产物氧化的氧化酶等，如 针对有机磷和氨基甲酸酯类农药的乙酰胆碱酯酶，丁酰胆碱酯酶等；