[發明專利]一種奶粉中微量元素的電化學檢測裝置的構建方法及其應用

有效

• 申請號: 202210040769.0
• 申請日: 2022-01-14
• 公開（公告）號: CN114518397B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 張新愛;周悅;石吉勇;鄒小波;黃曉瑋;胡雪桃;李志華;翟曉東
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于電化學檢測裝置用于奶粉中微量元素檢測的用途，其特征在于，步驟如下：

步驟一：基于棒狀MOF探針的制備；

過程一：稱取硝酸鈰和1,3,5均苯三甲酸分散于乙醇和水的混合液中，得到混合溶液A；

過程二：將過程一得到的混合溶液A轉移至以聚四氟乙烯為內襯的反應釜內，再將其放入油浴鍋中進行加熱反應，加熱反應完畢后經離心得到的白色沉淀，用去離子水和乙醇分別清洗后，再經真空干燥得到棒狀MOF材料，最后分散到Tris-HCl緩沖溶液中得到棒狀MOF溶液；

過程三：取一定量的納米金溶液加入到過程二制備的棒狀MOF溶液中攪拌一段時間，然后經離心得到的沉淀產物用乙醇清洗，清洗后得到附有AuNPs的MOF復合材料，記為Au@MOF材料；將得到的Au@MOF材料分散到Tris-HCl緩沖溶液中，得到Au@MOF溶液；

過程四：根據需要測定微量元素的種類來選擇包含相應特異識別位點的DNA2；選定DNA2后，用滅菌水稀釋DNA2原液得到DNA2稀釋液，然后將DNA2稀釋液加入到三-(2-甲酰乙基)磷鹽酸鹽溶液中活化反應一段時間后得到活化的DNA2；然后將活化的DNA2與一定量的Au@MOF溶液混合，室溫下孵育后，得到DNA2@Au@MOF混合液；

過程五：在過程四得到的DNA2@Au@MOF混合液中加入牛血清白蛋白反應一段時間，經離心得到的產物分散于Tris-HCl緩沖溶液中，得到基于棒狀MOF探針溶液；

步驟二：集成式電化學檢測裝置的組建；

過程一：絲網印刷電極的制備：利用絲網印刷技術在PET基板表面逐層套印導電銀軌、工作電極、輔助電極和Ag/AgCl參比電極，得到三電極體系的絲網印刷電極；

過程二：根據需要測定微量元素的種類來選擇包含相應特異識別位點的DNA1，且其可與DNA2進行堿基配對；選定DNA1后，用滅菌水稀釋DNA1原液得到DNA1稀釋液，濃度為0.5～5μM；將DNA1稀釋液加入到TCEP溶液中活化反應2～3h后得到活化的DNA1；步驟二的過程二中所述DNA1為HPLC純化的寡核苷酸；所述TCEP的濃度為5mM；所述DNA1稀釋液與TCEP的用量關系為50～400μL：10～80μL；

所述DNA1的序列由所檢測的微量元素種類和DNA2共同確定；如當檢測銅時，采用含有銅離子特異識別位點的G的序列，且所選序列可以與DNA2中的堿基配對相連；當檢測鋅時，采用含有鋅離子特異識別位點的rA的序列，且所選序列可以與DNA2中的堿基配對相連；

過程三：將絲網印刷電極浸入硫酸(H₂SO₄)溶液中，用電化學工作站采用循環伏安法掃描完成電極活化，然后用去離子水超聲清洗后并在室溫自然晾干；然后在活化后的絲網印刷電極的工作電極表面滴加一定量的AuNPs溶液，靜置一段時間，從而在工作電極表面形成一層均勻的金納米膜；最后取過程二中的活化的DNA1滴在AuNPs修飾的工作電極表面反應一段時間即得到處理完成的工作電極；

過程四：將步驟一所制備的基于棒狀MOF探針溶液滴加在過程三處理完成的工作電極表面，在室溫下孵育一段時間后，用Tris-HCl緩沖溶液清洗以去除未結合的探針，得到電化學微納傳感器；

過程五：集成式電化學檢測裝置的組建：

所述集成式電化學檢測裝置由電化學微納傳感器、電源模塊、阻抗轉換器模塊、微控制器模塊和藍牙模塊組成；所述電化學微納傳感器與電源模塊電性連接，電源模塊與阻抗轉換器模塊電性連接，阻抗轉換器模塊與微控制器模塊電性連接，微控制器模塊與藍牙模塊電性連接，通過藍牙模塊與智能終端相連，通過相互之間的信號輸入與輸出，實現控制，共同組建為集成式電化學檢測裝置；

步驟三：檢測；

過程一：首先配制一系列濃度的微量元素標準溶液，濃度分別為Q₁、Q₂、Q₃、……、Q_n-1、Q_n，共n個濃度梯度，n為正整數；然后將步驟二制備的集成式電化學檢測裝置中的電化學微納傳感器分別浸入上述標準溶液中，一個裝置對應一個濃度的溶液；

過程二：智能終端通過藍牙連接微控制器模塊，打開智能終端安裝的電化學檢測軟件，在軟件上設置控制電化學微納傳感器的起止電壓，利用微控制器模塊生成相應的命令，傳輸至阻抗轉換器模塊并進一步向電化學微納傳感器發出信號；隨后電化學微納傳感器獲得預設電壓，測定產生的電流響應值，被阻抗轉換器模塊采集并通過微控制器模塊和藍牙傳回智能終端，然后根據微量元素濃度和響應電流之間的相關關系建立標準曲線，標準曲線的方程為y＝ax+b，其中x代表微量元素濃度的對數，y代表響應電流值，a和b為常數；

過程三：首先制備樣品液，然后將步驟二制備的集成式電化學檢測裝置中的電化學微納傳感器浸入其中，依據過程二建立的數學模型，將電化學檢測軟件上測定的樣品液中微量元素的響應電流值代入數學模型求其濃度，由此實現樣品液中微量元素的原位定量檢測；

步驟一的過程一中所述硝酸鈰、1,3,5均苯三甲酸、乙醇和水的用量比為0.01～0.05g：0.005～0.05g：10～30mL：10～30mL；

過程二中所述加熱反應的溫度為60～120℃，反應時間為1～3h；所述真空干燥的溫度為60～70℃；所述Tris-HCl緩沖溶液的濃度為20mM，pH為7.4；

過程三中所述納米金溶液與棒狀MOF溶液的體積比為2～8：0.5～5；所述納米金溶液的濃度為0.05～0.1mg/mL；所述棒狀MOF溶液的濃度為50～70mg/mL；所述攪拌的時間為3～5h；所述離心的條件為：5000～15000rpm，5～20min；所述Tris-HCl緩沖溶液的用量為400～600μL，濃度為20mM，pH為7.4；

過程四中所述DNA2原液為HPLC純化的寡核苷酸；所述DNA2稀釋液的濃度為5～10μM；所述TCEP的濃度為5mM；所述DNA2稀釋液與TCEP的用量關系為50～400μL：10～80μL；所述活化反應一段時間為2～3h；所述活化的DNA2與Au@MOF溶液的用量關系為50～400μL:100～800μL，所述Au@MOF溶液的濃度為60～80mg/mL；所述室溫下孵育的時間為14h；

所述DNA2的序列由所檢測的微量元素的種類確定；如檢測銅時，采用含有銅離子特異識別位點的G的序列；檢測鋅時，采用含有鋅離子特異識別位點的rA的序列；

過程五中所述DNA2@Au@MOF混合液、牛血清白蛋白的用量關系為100～200μL：80～100μL，所述牛血清白蛋白的質量分數為1％；所述反應時間為0.5～1.5h；所述離心條件為：5000～15000rpm，5～20min；所述Tris-HCl緩沖溶液的濃度為20mM，pH為7.4；所述棒狀MOF探針溶液的濃度50～100mg/mL；

步驟二的過程一中所述絲網印刷電極的參比電極為1/6圓環、輔助電極為2/3圓環，開口相對，中間區域為圓形的工作電極，且工作電極、輔助電極和參比電極之間互不接觸；導電銀軌為三條平行的導電條，其中三條導電條的一端分別與工作電極、輔助電極和參比電極相連；每印刷一層，置70℃烘箱中烘干，烘干冷卻后印刷下一層，最后，印刷絕緣油墨干燥后得到矩形的絕緣油墨圖案，所述矩形絕緣油墨覆蓋工作電極、參比電極與輔助電極的印刷區域以及部分導電銀軌；過程三中所述H₂SO₄溶液的濃度為1mol/L；所述AuNPs溶液的用量為1～10μL，濃度為0.05mg/mL；所述DNA1溶液的用量為1～10μL；所述靜置一段時間為0.5～5h；所述反應一段時間為0.5～3h；過程四中基于棒狀MOF探針溶液的用量為1～10μL；孵育時間為0.5～5h；

步驟三的過程一中微量元素的濃度范圍為0～3×10^-7M；所述微量元素包括銅或鋅；過程二中所述電化學檢測軟件包括PSTrace、PSTouch、CHI或GPES；所述智能終端包括手機、計算機或平板電腦。