[发明专利]一种双电极光电化学适配体传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种双电极光电化学适配体传感器及其制备方法和应用，该传感器包括作为工作电极的三元复合材料修饰的第一导电玻璃电极、作为对电极的特异性适配体探针和负载金纳米粒子的还原氧化石墨烯修饰的第二导电玻璃电极。其制备方法包括制备工作电极和对电极。本发明双电极光电化学适配体传感器具有稳定性高、使用寿命长、抗干扰能力强、检测灵敏度高、检测范围宽、检测极限低等优点，可实现对水体和生物体等介质中污染物(如抗生素)的特异性检测，利用率高，使用价值高，应用前景好；同时，其制备方法具有工艺简单、操作便捷、安全、成本低廉、无污染、制作效率高等优点，适合于大规模制备，有利于工业化应用。

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种双电极光电化学适配体传感器及其制备方法和应用。

背景技术

作为一个新兴的传感技术，自供电光电化学传感器(PEC)由于其不仅拥有传统的PEC传感系统结构简单、快速响应、高灵敏度和低成本的优点，而且能够在没有外部电压条件下测量来减少电压干扰，而吸引了广泛的关注。在过去的几年中，自供电PEC传感器主要基于单一工作电极的三电极系统，这种采用单一工作电极同时作为信号源和特定识别平台的模式，由于光电极和还原物质或目标分子之间的相互作用而不可避免地导致性能的下降。

为了克服常规光电化学传感器的缺点，研究人员提出了基于双电极系统的自供电PEC传感器。在双电极系统中，工作电极(阳极)将光能转化为与浓度成线性关系的电信号，因而能提供高稳定光电流工作电极(阳极)在双电极系统中起着重要作用，因此，提高光电双电极系统中的工作电极(阳极)的光电能力和稳定性是必要的。作为一种新颖的无金属半导体材料，石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其独特的光电性质、高的化学稳定性和低毒性等优点得到了光电催化领域的广泛关注和研究，然而，纯的g-C₃N₄受限于自身特性而载流子复合率高，并且对可见光响应微弱，影响传感器的光能转换率，另一方面常规条件制备的大块g-C₃N₄不利于其他材料负载分散，且制备方法存在操作复杂、成本高、效率低等问题，这些问题使得制得的PEC传感器存在检测范围和检测限不足、稳定性差等问题，因此，研究出一种基于g-C₃N₄的载流子分离力强、太阳能利用率高、稳定性好、制备简单的功能型光活性纳米材料，使得该材料能够用于环境污染物的检测和处理中高稳定的光电流提供是有必要的。另外，在双电极系统中，对电极(阴极)用于实现目标分子的特异性识别来提高系统的抗干扰性，同时接收阳极传递的电子实现自供电，因此，提高对电极(阴极)的导电性是必要的。然而，常用的贵金属电极如铂(Pt)电极，存在受限于电解液需要供氧、成本高等问题，因此，寻找高导电性、低成本、无需外加物质的对电极(阴极)材料是有必要的。

抗生素是具有抗病原体或其他活性的化合物，具有抑菌、杀菌作用，它因在环境中的滥用、残留和耐药性的增加被视为重要的健康危害。例如，土霉素(OTC)是一种广谱抗菌剂，由于其优良的抗菌性能和低廉的成本，在农业、畜牧业和人类治疗中被广泛应用。然而，由于OTC药物的滥用，其在环境中的残留可能在生态循环中积累和转移，导致抗生素耐药性，对生物构成威胁。目前为止，传统的分析技术检测主要为高效液相色谱法、比色法、电化学发光法和荧光法，但他们受限于昂贵复杂的仪器、耗时的样品制备过程，或较大的误差、较低的灵敏度等问题。因此，开发一种低成本、灵敏、简单、选择性强的OTC检测方法是有必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种稳定性高、使用寿命长、抗干扰能力强、检测灵敏度高、检测范围宽、检测极限低的双电极光电化学适配体传感器，并相应提供一种工艺简单、操作便捷、安全、成本低廉、无污染、制作效率高的双电极光电化学适配体传感器的制备方法，同时还提供一种上述双电极光电化学适配体传感器在检测抗生素中的应用，特别地采用上述双电极光电化学适配体传感器检测土霉素时具有抗干扰能力强、检测灵敏度高、检测范围宽、检测极限低等优点。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。