[发明专利]一种基于二维钛碳化合物的电化学生物传感器及其应用

说明书

本发明公开了一种基于MXene‑Ti₃C₂的电化学生物传感器及其制备方法和应用。首先将模式酶固载在表面带有‑OH官能团的MXene‑Ti₃C₂表面上，再与成膜材料混合形成复合材料，固定在玻碳电极表面制得电化学生物传感器。本发明充分利用了MXene‑Ti₃C₂这种二维纳米材料作为传感器的酶载体，具有特定片状结构、大的比表面积、优良的金属导电性和极好的水相分散性；制备过程简单，研制的传感器对酚类化合物的灵敏度高、检出限低、重现性好；检测过程无需复杂的样品前处理过程，对目标化合物响应迅速，易于微型化，适合现场检测和连续在线监测等。

技术领域

本发明属于生物传感器领域，特别是涉及一种新型二维晶体材料MXene-Ti₃C₂固载模式酶的电化学生物传感器，及其应用于检测水体环境样品或塑料制品、食品饮料中酚类化合物的方法。

背景技术

酚类化合物是一种重要的化工原料，在工业制造过程中，如不及时处理工厂排放废水中的酚类化合物，将会对自然环境造成十分严重的危害。如今，含酚废水是当今世界上危害最大、污染范围最广的工业废水之一，是环境中水污染的重要来源。其中，这类污水中的酚类物质以苯酚最为常见。苯酚作为化工、焦化、煤气、制药、石油、油漆等行业排放的污水中最主要的酚类物质，因其本身具有挥发性，所以更容易造成空气污染，通过人类的呼吸系统进入人体内部，从而危害人们的身体健康。因此在我国制定的居民生活饮用水的水质标准(GB5749-2006)中就有很明确的规定：具有挥发性的酚类物质浓度应当小于0.001mg/L。

由于酚类污染物对水环境具有极大的危害，对其进行准确检测的需求也日益迫切。目前，应用于检测酚类污染物的方法主要有色谱分析法、色谱-质谱联用法、分光光度法和荧光法等。然而这些传统的检测方法存在着前处理要求严格且耗时，仪器设备体积庞大且费用高，对操作人员的技术也要求非常高，而且不能实现现场快速检测等缺点。而作为新兴的电化学酶生物传感器正好可以弥补上述缺点，实现现场快速检测的需求。

电化学酶生物传感器利用酶分子作为模式分子，依靠电化学信号的变化来指示检测结果。总体来说，包括以下几个方面的优势：1.酶传感器具有良好的选择性，酶分子对催化反应底物具有专一性；2.电化学酶传感器响应速度快，灵敏度高；3.传感器成本低，便于长期存储，重复使用；4.设备易于微型化，适合现场检测和连续在线监测。

固载基质的选择对生物传感器的性能起着至关重要的作用。近年来，二维纳米材料作为酶的固载基质越来越受到广泛关注。其中由碳组成的纳米材料(如石墨烯、碳纳米管、介孔碳等)虽然具有较大的比表面积、良好的导电性和生物相容性，但却不易分散在水相中，导致电化学酶生物传感器的重现性较差，从而限制其应用发展。而MXene-Ti₃C₂作为一种新型的二维晶体纳米材料，具有类似于石墨烯的多层片状结构，较大的比表面积和良好的生物相容性，以及良好的金属导电性，此外，MXene-Ti₃C₂表面带有-OH官能团使其具有良好的亲水性，能够均匀的分散在水中。这些优势使其成为近年来材料领域的研究热点，并在储能储氢、催化、吸附和生物传感器等领域广泛应用。

迄今为止，国内外上还没有基于MXene-Ti₃C₂-壳聚糖复合材料制备的酪氨酸酶电化学生物传感器用于检测酚类化合物的报道。所以针对酚类化合物的检测，发明了一种灵敏度高、检测限低、响应速度快、稳定性好且价格低廉的电化学酶生物传感器，可直接应用于水体样品中酚类化合物的现场快速检测，也可用于塑料制品、食品饮料中酚类化合物的检测。

发明内容