[发明专利]基于磁性功能化氧化石墨烯的微酶反应器制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于磁性功能化氧化石墨烯的微酶反应器制备方法及其在农药检测中的应用，属于微流控芯片技术领域。

背景技术

我国是传统的农业大国，农药使用量一直居世界首位。农药的广泛使用，不仅造成环境的严重污染，同时对人体健康造成危害，已引起社会的广泛关注。目前，许多分析方法已经被应用于农药残留检测，气相色谱和高效液相色谱对农药残留检测的准确性和灵敏性高，但是存在成本高、耗时长等弊端。因此，寻求快速、灵敏、便捷的农药残留检测方法迫在眉睫。

近年来，微酶反应器成为化学和生物学领域的有用分析工具。在微流控芯片通道内构建酶反应器，样品和试剂消耗少，成本低；反应动力学过程加快，反应时间大大缩短；降低酶的自行分解，提高反应效率。传统的酶固定化方法主要有物理吸附、溶胶-凝胶包埋、共价键合等，但是，这些方法不利于酶的高效负载。纳米粒子具有大的比表面积，将酶固定在纳米粒子的表面可有效提高酶的负载量，同时，一些具有亲水性和生物相容性的纳米粒子，还可为酶的固定化提供一个良好的微环境，有效防止酶的变性。磁性纳米粒子以其微纳米级的尺寸和独特的磁响应性能，在化学和生物学领域受到了越来越多的关注。与此同时，作为碳材料中的“明星材料”，石墨烯以其超高的比表面积、独特的亲水性和生物相容性，不仅可大大提高酶的负载量，还可以保持固定化分子的生物活性，为生物分子的高效固定提供了良好的反应平台。将Fe₃O₄磁性纳米粒子负载于氧化石墨烯（GO）表面制备的磁性纳米复合材料，兼具Fe₃O₄的良好磁性能和GO的大比表面积，在生化分析领域有着广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于GO/Fe₃O₄/AChE复合物的微酶反应器制备方法及其在农药检测中的应用。

本发明是这样实现的，采用一步原位合成法将Fe₃O₄ NPs负载于GO表面，制备GO/Fe₃O₄磁性纳米复合材料，通过π-π、氢键以及疏水等作用将乙酰胆碱酯酶（AChE）固定于GO/Fe₃O₄表面，在外磁场作用下，将GO/Fe₃O₄/AChE复合物固定于PDMS微芯片分离通道内，制备微酶反应器。基于农药对AChE的抑制原理，用于对乐果的快速定量检测。本发明制备的GO/Fe₃O₄复合材料，一方面具有Fe₃O₄的良好磁性能，可实现GO/Fe₃O₄/AChE复合物在PDMS微芯片分离通道内的简单和可控固定，不仅节约了操作时间，而且，通过对外加磁场有无的控制，还可实现微酶反应器的再生，大大提高了芯片的重复利用率；另一方面，GO的大比表面积，提高了AChE在PDMS微芯片分离通道内的负载量。采用GO/Fe₃O₄/AChE复合物制备的微酶反应器，成功实现了有机磷农药的高灵敏度检测。

本发明采用以下技术方案：

（1）采用Hummers方法制备氧化石墨烯：将0.5 g石墨粉和0.5 g的NaNO₃ 加入到23 mL浓度为18 mol·L^-1的H₂SO₄中，冰浴下缓慢加入3 g KMnO₄，充分搅拌混匀后，于35 °C水浴中反应1 h，形成灰褐色糊状物。加入40 mL水，室温下搅拌30 min，再加水稀释至140 mL。逐滴加入3 mL质量百分浓度为30%的H₂O₂，溶液从深棕色变成亮黄色。将产物趁热过滤，用超纯水离心清洗产物至上层清液为中性，在12000 r·min^-1转速下离心2 min，将离心产物分散于超纯水中，再在8000 r·min^-1转速下离心2 min，将离心产物分散于超纯水中，超声处理2 h，即得到GO溶液；