一种基于分子印迹与适配体双识别的全氟辛酸电化学传感器及其构建方法与应用
本发明涉及水污染控制与污水处理，尤其是指一种基于分子印迹与适配体双识别的全氟辛酸电化学传感器及其构建方法与应用。
背景技术：
1、地下水是水资源的重要组成部分。然而，由于生活污水、工业废水的排放及污染物质的入渗对地下水造成了严重污染，其中全氟辛酸（pfoa）作为一种新兴的持久性有机污染物，具有全球普遍性、易生物积累性、极强的碳氟键提供的极端稳定性，引起了巨大的环境和健康问题。因此，快速、准确地检测地下水中的pfoa有望实现地下水环境质量的即时监测与预警。
2、目前用于pfoa检测的方法包括气相色谱-质谱、液相色谱-质谱和液相色谱-串联质谱。然而，这些方法往往需要复杂的预处理步骤，昂贵的劳动力资源，并不适用于原位快速分析。因此，迫切需要开发一种简单、便携的检测方式来实现pfoa的现场快速、准确监测。电化学传感技术因其检测速度快、灵敏度高以及便携性已成为现场检测pfoa的一种优越技术，但目前其直接应用于地下水中的限制因素主要是水中存在多种干扰物质可能会导致传感器检测的假阳性，选择性降低，进而导致准确度下降。因此，在电极界面上构筑pfoa的双识别位点是提高电化学传感器检测的选择性、准确性、灵敏度的有效方法之一。
技术实现思路
1、为解决以上技术问题，本发明提供了一种基于分子印迹与适配体双识别的全氟辛酸电化学传感器及其构建方法与应用。本发明的目的在于构建基于分子印迹与适配体双识别的pfoa电化学传感器并应用于地下水中pfoa的实地检测，达到检测限低（检测限为0.97nm，定量限为1nm）、检测范围宽、选择性好、准确度高且具有长时间抗污能力的优良技术效果。
2、本发明的第一个目的在于提供一种基于分子印迹与适配体双识别的全氟辛酸电化学传感器的构建方法，包括以下步骤：
3、将ceak16多肽通过au-s键自组装修饰在aunps/au电极表面，得到ceak16/aunps/au电极；
4、将pfoa适配体apt与pfoa混合孵育，进行预聚合，得到适配体与pfoa的预聚合物；
5、将预聚合物滴涂在所述ceak16/aunps/au电极的表面，通过au-s键自组装到电极表面，获得apt@pfoa/ceak16/aunps/au电极；
6、将所得apt@pfoa/ceak16/aunps/au电极在含醋酸缓冲液/甲醇以及o-pd（邻苯二胺）和pfoa的混合溶液中，使用循环伏安法进行聚合，获得mip/apt@pfoa/ceak16/aunps/au电极，即所述全氟辛酸电化学传感器。
7、在本发明的一些实施例中，所述ceak16多肽的序列为caeaeakakaeaeakak；所述pfoa适配体apt的序列为cggatggtggggtgcg。
8、在本发明的一些实施例中，pfoa适配体apt与pfoa的摩尔比1：1~1.5：1。
9、在本发明的一些实施例中，混合孵育的条件：25~37℃孵育50~70min。
10、在本发明的一些实施例中，醋酸缓冲液与甲醇的体积比为2：1~2.5：1。
11、在本发明的一些实施例中，o-pd和pfoa的摩尔浓度比为10：1~15：1。
12、在本发明的一些实施例中，循环伏安法进行聚合的扫描次数为20~25次。
13、进一步地，还包括对mip/apt@pfoa/ceak16/aunps/au电极进行清洗，循环伏安法进行聚合后，先用水冲洗，再在甲醇/水（1：1，v/v）溶液中温和搅拌（50 rpm）保存20 min，然后用甲醇洗涤，即可。
14、在本发明的一些实施例中，还包括校准曲线的准备：将mip/apt@pfoa/ceak16/aunps/au电极浸泡在1 nm~100nm的pfoa溶液中，25~37℃孵育50~70min，测定孵育后电极在fccooh溶液中dpv信号响应的变化值，以pfoa溶液的浓度为横坐标，dpv信号响应的变化值为纵坐标构建pfoa浓度-电流变化值校准曲线。
15、进一步地，所述fccooh溶液的浓度为0.5mm，所述fccooh溶液的溶剂为0.1 m pbs。
16、进一步地，聚合分子印迹使用的循环伏安法参数为：电位扫描在0-1.0 v之间，扫描速率为50 mv/s，参比电极为ag/agcl。
17、进一步地，dpv参数的电位范围为0.1-0.7v（vs·ag/agcl），电位振幅为50 mv，电位增量为10 mv，采样宽度为10 ms，脉冲周期为100 ms。
18、进一步地，将所述mip/apt@pfoa/ceak16/aunps/au电极置于地下水样品中浸泡60分钟，以相同的方式进行dpv测试，计算样品中pfoa含量。
19、本发明的第二个目的在于提供一种基于分子印迹与适配体双识别的全氟辛酸电化学传感器，由所述构建方法所得。
20、本发明的第三个目的在于提供所述构建方法所得全氟辛酸电化学传感器在检测全氟辛酸中的应用。
21、通过上述技术方案，使用的过程中，对实验设备和条件要求低、成本低廉且操作安全简单。在1 nm~100nm pfoa浓度范围内的校准曲线如图3所示，对数校准曲线显示，在1 nm~100nm pfoa范围内，本发明所得传感器对pfoa具有较高的灵敏度，相关系数r2为0.9936。
22、在本发明中，与单一识别元件相比，本发明来自两个不同识别元件的混合识别元件对目标具有较高的特异性识别能力。在pfoa适配体apt识别目标的过程中，apt折叠成三级结构，形成“口袋”结合位点，特异性结合目标。此外o-pd和apt分别与pfoa的不同区域结合形成三元配合物，从而大大提高了传感器对pfoa的特异性识别能力。
23、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
24、本发明以au电极为基础，通过在电极上修饰aunps，放大探针的信号值；进而修饰两亲性ceak16多肽，减少实际样本检测过程中污染物的黏附。并且利用适配体与分子印迹双识别技术，提高电极界面对pfoa的识别性能，制备出一种兼具抗污性能以及高选择性和高灵敏度的电化学传感器，应用于地下水中pfoa的检测。
25、本发明采用dpv研究所制备的传感器在1nm~100nm pfoa浓度范围内的趋势以及校准曲线，表明其具有较好的检测灵敏度。通过对比其检测结果与液相色谱-质谱联用仪测定的结果比较，其结果具有较好的准确性。此外，电化学传感器还兼具便携、检测成本低廉、操作安全简单、抗干扰性能好、电流响应好、稳定性强、重复性和可操作性高等优势，在地下水、地表水、海水、废水等各种样品基质中进行pfas的现场检测具有重要意义。
技术特征：
1.一种基于分子印迹与适配体双识别的全氟辛酸电化学传感器的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述ceak16多肽的序列为caeaeakakaeaeakak；所述pfoa适配体apt的序列为cggatggtggggtgcg。
3.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，pfoa适配体apt与pfoa的摩尔比1：1~1.5：1。
4.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，混合孵育的条件：25~37℃孵育50~70min。
5.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，醋酸缓冲液与甲醇的体积比为2：1~2.5：1。
6.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，o-pd和pfoa的摩尔浓度比为10：1~15：1。
7.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，循环伏安法进行聚合的扫描次数为20~25次。
8.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，还包括校准曲线的准备：将mip/apt@pfoa/ceak16/aunps/au电极浸泡在1 nm~100nm的pfoa溶液中，25~37℃孵育50~70min，测定孵育后电极在fccooh溶液中dpv信号响应的变化值，以pfoa溶液的浓度为横坐标，dpv信号响应的变化值为纵坐标构建pfoa浓度-电流变化值校准曲线。
9.一种基于分子印迹与适配体双识别的全氟辛酸电化学传感器，其特征在于，由权利要求1-8中任一项所述构建方法所得。
10.权利要求1-8中任一项所述构建方法所得全氟辛酸电化学传感器在检测全氟辛酸中的应用。
技术总结
本发明涉及一种基于分子印迹与适配体双识别的全氟辛酸电化学传感器及其构建方法与应用，涉及水污染控制与污水处理技术领域。本发明将CEAK16多肽修饰在AuNPs/Au电极表面，得到CEAK16/AuNPs/Au电极；将PFOA适配体Apt与PFOA混合孵育，进行预聚合，得到适配体与PFOA的预聚合物；将预聚合物滴涂在所述CEAK16/AuNPs/Au电极的表面，获得Apt@PFOA/CEAK16/AuNPs/Au电极；将所得Apt@PFOA/CEAK16/AuNPs/Au电极在含醋酸缓冲液/甲醇以及o‑PD和PFOA的混合溶液中，使用循环伏安法进行聚合，获得MIP/Apt@PFOA/CEAK16/AuNPs/Au电极，即所述全氟辛酸电化学传感器。利用电化学传感器检测PFOA，该方法成本低廉，操作简单，快速，灵敏度高，具有较低的检出限，填补了现有技术中传感器技术快速检测筛查环境介质中PFOA的空白。
技术研发人员：王颖,秦兴澳,李风亭
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23