[發明專利]一種苯二酚同分異構體檢測芯片的制備方法及應用

在審

• 申請號: 202211318441.7
• 申請日: 2022-10-26
• 公開（公告）號: CN115436446A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 劉濤;金萬勤;儲震宇;龐軍
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327;C09D11/03;C09D11/52
• 代理公司: 濟南龍瑞知識產權代理有限公司 37272
• 代理人: 李穎

本發明屬于苯二酚污染物檢測技術領域，涉及一種用于苯二酚同分異構體檢測芯片的制備方法及應用。通過過渡金屬鹽與碳源復合前驅體的裂解反應制備封裝金屬顆粒的氮摻雜碳管用于提升電化學傳感性能；并將高性能納米材料與導電油墨混合，采用絲網印刷的方法制備檢測芯片，表現出優異的電催化能力。該檢測芯片制備過程簡易可控，易于實現規模化、產品化生產，基于該芯片的生物傳感器能夠實現真實水樣中苯二酚同分異構體的識別和快速響應，準確辨別不同苯二酚的濃度信息，填補了目前市面上單酚物質檢測產品的空白，極大提升了水體苯二酚污染物的檢測效率。

技術領域

本發明屬于苯二酚污染物檢測技術領域，涉及一種用于苯二酚同分異構體檢測芯片的制備方法及應用。

背景技術

隨著社會經濟的快速發展，由于人類的工業活動，大量的污染物被廣泛排放于水體和土壤中。其中，苯二酚是一類不可降解的劇毒酚類化合物，其存在對苯二酚、鄰苯二酚和間苯二酚三種同分異構體，即使在較低濃度下也能夠對環境和人體健康造成嚴重的危害。在中國廢水綜合排放標準中，使用總酚值來衡量水體中酚類物質的含量，并規定酚類物質在水體中的最大允許濃度為0.4 mg/L。通常，苯二酚污染物主要來源于酚類生產工段，僅進行水體總酚的檢測難以精準監控苯二酚產品線的排放和泄露狀況，在重大事故和緊急情況下無法及時控制和治理污染源頭。因此，開發原位實時的多種苯二酚檢測技術對于苯二酚同分異構體的泄露預警以及污染物擴散抑制具有十分重大的意義。

目前，苯二酚的檢測手段主要有高效液相色譜（HPLC）以及氣相色譜/質譜法（GC/MS）等，然而這些檢測方法檢測周期長、預處理步驟復雜并且需要大型設備支持，無法滿足快速原位的苯二酚檢測。與上述檢測技術相比，電化學生物傳感技術具有響應速度快、操作便捷以及實時監測的特點，因而在環境檢測、食品安全、發酵工業以及臨床醫療領域受到了廣泛關注。對于苯二酚的檢測而言，通常采用漆酶作為生物識別元件，主要依賴于其酶活性中心的Cu離子具有優異的氧化還原能力，能夠將苯二酚物質氧化為相對應的苯二醌。然而由于漆酶是一種廣譜的酚類氧化酶，因此基于漆酶的酚類傳感器難以實現三種苯二酚同分異構體的檢測信號區分，導致所制備生物傳感器的抗干擾性能不理想。此外，在真實檢測體系中苯二酚通常與多種物質共存，因而其檢測準確性和穩定性容易受到來自其他化合物氧化的信號干擾。為了保證傳感器在復雜檢測環境中能夠實現苯二酚同分異構體的高靈敏和特異性識別，需要增強傳感薄膜的電催化活性以滿足實際應用需求。

發明內容

本發明針對傳統苯二酚污染物檢測過程中存在的問題，提出一種新型的苯二酚同分異構體檢測芯片的制備方法及其應用。

為了達到上述目的，本發明是采用下述的技術方案實現的：

一種苯二酚同分異構體檢測芯片的制備方法，其具體步驟如下：

（1）封裝過渡金屬顆粒的氮摻雜碳管前驅體制備：以過渡金屬鹽為金屬源，充分溶解于去離子水中，制得溶液A；以碳氮有機物為碳源，溶解或分散于去離子水中，獲得溶液或懸浮液B。將等體積的A與B混合并充分攪拌至均勻，置于80℃下充分脫水至完全干燥，獲得過渡金屬鹽-碳氮有機物復合前驅體粉末。

（2）前驅體粉末裂解制備封裝過渡金屬顆粒的氮摻雜碳管：稱取一定質量步驟（1）中的金屬源-碳源前驅體，鋪于陶瓷方舟內置于管式氣氛爐中，設置合適的升溫速率以及惰性氣體流速，在高溫以及合適的反應時間下發生裂解反應。反應結束后收集所得粉末，分散于一定濃度的鹽酸溶液中以除去多余的碳源和過量未結合的金屬單質，持續攪拌一定時間后，加入NaOH調節混合液pH至中性，通過抽濾的方式提取剩余物質，即為封裝過渡金屬顆粒的氮摻雜碳管，并將其置于真空干燥箱中脫水干燥。

（3）基于封裝過渡金屬顆粒的氮摻雜碳管的印刷芯片的制備：將步驟（2）中的封裝過渡金屬顆粒的氮摻雜碳管與導電油墨按一定比例混合得到均勻分散的傳感漿料，通過加入溶劑達到最佳的印刷油墨粘度；以混合導電油墨為工作電極油墨，碳油墨為對電極油墨，Ag/AgCl為參比電極油墨，在基底板上批量印刷特定的電極圖案，待干燥后拆分為若干片完整的印刷芯片，依次放入乙醇和去離子水中浸泡和沖洗，除去表面附著的干擾物質。