[发明专利]酶电化学生物传感器检测水体环境中酚类化合物的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物传感领域，特别是涉及新型氨基酸离子液体改性的介孔碳复合材料固载酪氨酸酶的电化学传感器检测水体环境中酚类化合物的方法。

背景技术

酚类化合物是环境中广泛存在的一类有机污染物，主要来自炼焦、医药、化工等工业排放及农药降解。饮用水源中的酚类化合物在加氯消毒的水处理工艺中可生成毒性更大、具有“三致”效应的氯酚等，从而威胁饮用水安全。

随着人们对水体环境安全及身体健康的日益关注，迫切需要快速判断地表水及饮用水源的安全状况。酚类化合物作为水体环境中的一类重要有机污染物，对人类和动植物有潜在的危害。为了预防酚类污染物的危害，发展用于环境(特别是饮用水、地表水和废水)中酚类污染物快速、灵敏、可靠、可重复使用的检测方法显得尤为重要。目前对环境中酚类污染物的筛查检测通常利用色谱和光谱等方法完成。然而这些仪器通常集中在某些远离现场的实验室，不仅仪器价格昂贵，而且通常需要专业的操作人员和复杂的样品预处理以及萃取步骤，很难满足水环境中酚类快速现场检测的要求。

本发明所使用的酶电化学传感器结合了酶和电化学的优点，总体来说，包括以下几个方面的优势：1)、选择性好，酶分子对底物选择专一性强，具有非常高的特异性识别能力；2)、电化学响应快，灵敏度高；3)、成本低廉，可重复使用；4)、设备便携容易微型化，适合大批量样品的现场检测。

酪氨酸酶是一种具有生物催化活性的蛋白质，在生物体外容易失去活性，因此目前许多酪氨酸酶传感器普遍存在一个问题是操作和存储稳定性不够高。

本发明使用对酶分子生物相容性较好的固定基底(氨基酸离子液体改性的介孔碳复合材料)来提供一个有利的微环境以保持其生物活性和稳定性。介孔碳复合材料改善了单纯的介孔碳材料水相分散性差的问题，提高了实验操作的重现性。介孔碳材料的空间限制效应，能够防止酶分子的去折叠失活，提高了酶的长期稳定性和生物催化活性。同时氨基酸离子液体具有很好的生物相容性，为固载的酪氨酸酶分子提供了更加友好的微环境；酶分子与导电基底之间由于距离较近而减少了长程电子运输，利于电化学换能，提高传感器的灵敏度；介孔碳多孔的网络骨架结构还可以为酶反应的底物和产物提供转移的通道，提高传感器的响应速度。此外，本发明使用的氨基酸离子液体对含苯环(通过π电子)和羟基(通过氢键)的酚类污染物具有较强的相互作用，可以通过富集效应进一步提高检测的灵敏度。

本发明提供了一种简易、快速而灵敏的水体环境中酚类化合物的检测方法，不仅提高了酪氨酸酶的存储稳定性，还具有更高的灵敏度和更低的检测限。仪器设备选择性好，小型廉价，检测通量大，样品不需要前处理，适合水体样品的现场快速检测。酪氨酸酶传感器直接应用于水体环境样品的现场快速检测，达到经济、灵敏、准确和大批量检测的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于三电极系统的酶电化学生物传感器及应用其检测水体环境中酚类化合物的方法，是能够用于现场筛查检测环境污染物、尤其是水体中酚类化合物的生物传感器检测方法。

本发明要解决的技术问题是提高酪氨酸酶电化学传感器的长期稳定性，并且提供一种应用于水体中酚类污染物筛查的基于酪氨酸酶电化学传感器的检测方法，应用其对酚类污染物检测。此检测方法应具有灵敏度高，检测限低，长期稳定性好，步骤简单，结果准确可靠，适合大批量样品现场检测的特点。

酪氨酸酶传感器检测酚类污染物的原理：酪氨酸酶能够利用分子氧催化单酚(或多酚)生成相应的邻苯酚和邻苯醌，而邻苯醌又可以在电极表面通过电化学催化还原生成相应的邻苯酚形成信号循环放大。通过记录酪氨酸电化学传感器与酚类污染物作用前后的电信号变化可以判断目标分析物是否存在及其总量。对于单一的目标分析物，该酶基传感器的信号变化强度与目标分析物的浓度在一定范围内线性相关。对于水、土壤、食品、空气、烟道气等复杂的目标样品，该酶基传感器能够快速筛查目标样品中是否含有酚类化合物。