[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

摘要

本发明公开了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。先采用一步原位合成法将Fe3O4磁性纳米粒子负载于氧化石墨烯表面，制备了兼具良好磁性和生物相容性的氧化石墨烯/Fe3O4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固定于氧化石墨烯/Fe3O4表面，在外磁场作用下将氧化石墨烯/Fe3O4/乙酰胆碱酯酶复合物固定于PDMS微芯片通道内，制成可用于农药检测的微酶反应器。基于农药对乙酰胆碱酯酶的抑制原理，实现了乐果的快速定量检测。基于氧化石墨烯/Fe3O4/乙酰胆碱酯酶复合材料制备的微酶反应器，反应快速、操作简单、重现性好，为农药的快速灵敏检测提供了有效手段。

主权项

一种基于磁性功能化氧化石墨烯的微酶反应器制备方法，其特征在于所述制备方法包括以下步骤：（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，即得到氧化石墨烯溶液；（2）Fe3O4 NPs功能化氧化石墨烯纳米材料的制备：将40 mg氧化石墨烯溶解于20 mL超纯水中，超声30 min；待氧化石墨烯完全溶解后，加热至50 °C，通入N2除去O2后，加入216 mg的FeCl3·6H2O和80 mg的FeCl2·4H2O，继续超声20 min；搅拌条件下逐滴加入1 mL的NH3·H2O，剧烈搅拌40 min，冷却至室温后，用磁铁将氧化石墨烯/Fe3O4 NPs分离，并用超纯水清洗3次；（3）氧化石墨烯/Fe3O4/乙酰胆碱酯酶复合物的制备：将4 mg·mL‑1的氧化石墨烯/Fe3O4和0.2 mg·mL‑1的乙酰胆碱酯酶加入到1 mL磷酸盐缓冲溶液中，室温下反应24 h；用磁铁将产物分离并用超纯水清洗3次，将氧化石墨烯/Fe3O4/乙酰胆碱酯酶复合物分散于1 mL超纯水中，于4 °C储存备用；（4）基于氧化石墨烯/Fe3O4/乙酰胆碱酯酶复合物的微酶反应器的制备：将PDMS微芯片分离通道用超纯水冲洗10 min，在芯片分离通道的上、下两方各放置一块直径为6 mm的永久磁铁，用真空泵将4 mg·mL‑1氧化石墨烯/Fe3O4/乙酰胆碱酯酶复合物抽入分离通道中10 min，在外磁场作用下，氧化石墨烯/Fe3O4/乙酰胆碱酯酶复合物被迅速可控地固定于芯片分离通道内，在冰箱中保存2 h后，用磷酸盐缓冲溶液冲洗分离通道5 min，即制备成微酶反应器。