專利名稱：一種有機無機雜化材料修飾電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機無機雜化材料修飾電極及其制備方法，所制備的修飾電極可 以應(yīng)用在化工、食品安全或者醫(yī)藥衛(wèi)生中DNA、蛋白質(zhì)、氨基酸、重金屬離子等檢測。
背景技術(shù)：
1953年，Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，自此掀起了各學(xué)科的對DNA研 究熱潮。DNA作為大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)，是生命化學(xué)的中心，同時也是研究生命現(xiàn)象的關(guān) 鍵，因此對DNA等生物質(zhì)傳感的研究在疾病診斷，藥物開發(fā)，基因測序，食品監(jiān)測等領(lǐng)域具 有重大的意義和巨大商業(yè)價值，如何提高其檢測靈敏度以及解決選擇性問題成為當今科學(xué) 研究的前沿與熱點。
在DNA傳感器件的構(gòu)建過程中，通常需要先將DNA探針分子固定到基底材料上，其 中常用的基底材料包括貴金屬金、銀、鉬、鈀等，以及碳納米管、石墨烯等。以貴金屬基底材 料為例，經(jīng)過巰基接枝的DNA探針分子，通過巰基與貴金屬間強的化學(xué)鍵相結(jié)合，固定在金 屬基底上，進而實現(xiàn)與目標鏈分子的雜化。然而，在探針分子的固定過程中，由于無法控制 其在貴金屬基底表面的分布，導(dǎo)致探針分子在基底上分布的不均勻性，進而在檢測過程中， 阻礙了目標鏈分子有效的到達基底表面并與探針分子相結(jié)合，最終造成檢測性能的下降。 針對這一問題，目前通常的解決方法是在DNA探針分子固定后，用6-巰基己醇等試劑對基 底表面進行后處理，以優(yōu)化表面DNA探針的分布密度及其表面構(gòu)象。但是這種方法并不能 從根本上解決探針的分布問題，同時還需要額外的操作步驟，無法滿足實際檢測中方便、快 捷以及經(jīng)濟的需求。因此，如何有效解決探針分布問題已成為進一步提高檢測靈敏度和選 擇性的關(guān)鍵所在。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種有機無機雜化材料修飾電 極，本發(fā)明的另一目的是提供上述有機無機雜化材料修飾電極的制備方法。首次以有機無 機雜化材料作為探針分子的固定基底，利用雜化材料金屬位點均勻分布的特點，通過巰基 與金屬位點的相互作用，將DNA探針分子均勻固定到雜化材料表面，從而有效的解決了探 針分子的分布不均的問題。該修飾電極性能可靠，制備方法簡便可控，適用于化工、食品安 全或者醫(yī)藥衛(wèi)生中DNA、蛋白質(zhì)、氨基酸、重金屬離子等的檢測，可多只電極同時制備，具有 良好的應(yīng)用前景。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種有機無機雜化材料修飾電極，其特征在于由基底電極 和有機無機雜化材料基質(zhì)薄膜組成，其中所述的基底電極為貴金屬電極；所述的有機無機 雜化材料基質(zhì)薄膜的化學(xué)組成為X(en)3Ag2Y4，其中X為N1、Co、Zn、Cd, Fe或Cu ;en為乙二 胺；Y為1、Cl或Br，薄膜厚度在500nm-100um之間。優(yōu)選所述的貴金屬為金、銀、鈀或鉬。
本發(fā)明還提供了上述有機無機雜化材料修飾電極的制備方法，其具體步驟如下
I)將基底電極進行表面預(yù)處理；
2)將預(yù)處理后的基底電極浸泡在表面改性溶液中，改性溶液濃度為O. 01-0. 1M，改性時間控制在5-30h ；
3)分別配制陰離子為[Ag2Y4F以及陽離子為[X(en)3]2+的N，N_甲基甲酰胺(DMF) 溶液其中 Y=1、Cl 或 Br ；X 為 N1、Co、Zn、Cd、Fe 或 Cu ；
4)將配制好的[Ag2Y4]2-和[X(en)3]2+的N，N- 二甲基甲酰胺溶液按[Ag2Y4]2與 [X(en)3]2+摩爾比為2 10:1混合后，放入501 _90°C烘箱中加熱保溫30h_80h后，升溫至 900C _120°C加熱保溫10h-30h后取出，冷卻后過濾，得到濾液；
5)將表面改性后的電極垂直插入到濾液中，靜置5h_15h后取出，得到修飾電極。
步驟I中所述的表面預(yù)處理為將基底電極用金相砂紙打磨后并在去離子水中進行超聲清洗。
優(yōu)選所述的表面改性溶液為4-巰基苯胺、2-巰基苯胺、3-氨基苯硫酚、1，3-苯二硫酚、1，3_ 二硫醇、2-氨基苯硫醇、1，2-乙二硫醇、1，6-己二硫醇或2-氨基乙硫醇的乙醇溶液。
步驟3)配制的[Ag2Y4F和 (的)3]2+的隊^二甲基甲酰胺溶液中[Ag2Y4F和 [X(en)3]2+的濃度優(yōu)選均為O. 01-2M。
有益效果
本發(fā)明提出一種新型有機無機雜化材料修飾電極及其制備方法。該修飾電極在 DNA的檢測中，采用了一種無標簽方法，對DNA的檢測極限達到了 IOpM ;對重金屬離子Hg2+ 的檢測極限達到O.1nM ;對凝血酶蛋白的檢測極限達到ΙΟηΜ，同時具有很好的選擇性。該修飾電極的制備過程簡便可控，可同時制備多只電極，具有良好的應(yīng)用前景。


圖1為實施例1母液經(jīng)過60°C的烘箱中恒溫72h后升溫至90°C恒溫保存24h處理后，生長IOh的Ni (en)3Ag2I4薄膜修飾電極的掃描電子顯微鏡(SEM)的表征圖2為實施例1所制得Ni (en) 3Ag2I4薄膜的X射線衍射(XRD)圖譜；
圖3為實施例2母液經(jīng)過80°C的烘箱中恒溫40h后升溫至100°C恒溫保存IOh處理后，生長14h的Ni (en)3Ag2I4薄膜修飾電極的掃描電子顯微鏡(SEM)的表征圖4為實施例2所制得薄膜的X射線衍射(XRD)圖譜；
圖5為實施例3母液經(jīng)過50°C的烘箱中恒溫32h后升溫至120°C恒溫保存28h處理后，生長8h的Cu(en)3Ag2I4薄膜修飾電極的掃描電子顯微鏡(SEM)的表征圖6為實施例3所制得薄膜的X射線衍射(XRD)圖譜。
具體實施方式
實施例1
I)將基底電極用金相砂紙打磨后并在去離子水中進行超聲清洗IOmin ；
2)將預(yù)處理后的電極置于O. 01M4-巰基苯胺表面改性溶液中6h ；
3)配制濃度為O.1M的[Ag2I4]2-溶液，具體操作如下稱取1. 75g的AgNO3溶于 IOmLDMF溶液中，向其中加入20mLKI的DMF飽和溶液，同時用DMF稀釋到50mL ;配制濃度為 O.1M的[Ni(en)3]2+溶液，具體操作如下:稱取O. 087gNi (NO3) 2 ·6Η20溶于2mL DMF中，同時加入ImL乙二胺；
4)將配置好的[Ag2I4F 和[Ni(en)3]2+溶液按[Ag2I4F 和[Ni (en) 3]2+摩爾比 2:1 均勻混合后，將溶液置于60°C的烘箱中恒溫72h后升溫至90°C恒溫保存24h，隨后取出溶液，冷卻后過濾；
5)將置于O. 01M4-巰基苯胺中修飾的電極垂直插入濾液中，放置IOh后取出，得到雜化材料修飾電極，其膜厚約20 μ m，表面形貌如圖1所示，從圖1中可見薄膜由高度定向的微陣列組成，從圖2中XRD圖譜可知，制得的薄膜高度定向于
晶面，且其XRD中主峰的位置與標準譜相應(yīng)峰的位置一致(說明為同一晶體材料)。基于上述條件下獲得的雜化材料修飾電極，在DNA的檢測中采用了一種無標簽檢測方法，對DNA的檢測極限達到了 ΙΟρΜ， 同時具有良好的選擇性。
實施例2
I)將基底電極用金相砂紙打磨后并在去離子水中進行超聲清洗IOmin ；
2)將預(yù)處理后的電極置于O. 1M2-氨基苯硫醇表面改性溶液中20h ；
3)配制濃度為O. 5M的[Ag2I4]2-溶液，具體操作如下稱取8. 75g的AgNO3溶于 IOmLDMF溶液中，向其中加入20mLKI的DMF飽和溶液，同時用DMF稀釋到50mL ;配制濃度為 O. 05M的[Ni (en)3]2+溶液，具體操作如下稱取O. 044gNi (NO3)2 ·6Η20溶于2mLDMF中，同時加入ImL乙二胺。
4)將配置好的[Ag2I4]2-和[Ni(en)3]2+溶液按[Ag2I4]2-和[Ni (en)3]2+ 的摩爾比 4:1均勻混合后，將溶液置于80°C的烘箱中恒溫40h后升溫至100°C恒溫保存10h，隨后取出溶液冷卻后過濾；
5)將置于O. 1M2-氨基苯硫醇中修飾的電極垂直插入濾液中，室溫中放置14h后取出，得到雜化材料修飾電極，其膜厚約50 μ m，表面形貌如圖3所示，從圖3中可見薄膜高度密堆，從圖4的XRD圖譜可知，制得薄膜的XRD主峰位置與標準譜相應(yīng)峰的位置一致(說明為同一晶體材料)?；谏鲜鰲l件下獲得的雜化材料修飾電極，在DNA的檢測中采用了一種無標簽檢測方法，對DNA的檢測極限達到InM。
實施例3
I)將基底電極用金相砂紙打磨后并在去離子水中進行超聲清洗IOmin ；
2)將預(yù)處理后的電極置于O. 02M1, 3_苯二硫酚表面改性溶液中29h ；
3)配制濃度為2M的[Ag2I4] 2_溶液，具體操作如下稱取35g的AgNO3溶于IOmLDMF 溶液中，向其中加入20mLKI的DMF飽和溶液，同時用DMF稀釋到50mL ;配制濃度為1. 5M的 [Cu(en)3]2+溶液，具體操作如下稱取1. 09gCu (NO3)2 · 3H20溶于2mLDMF中，加入ImL乙二胺。
4)將配置好的[Ag2I4F 和[Cu(en)3]2+溶液按[Ag2I4F 和[Cu (en) 3]2+按摩爾比 9:1均勻混合后，將溶液置于50°C的烘箱中恒溫32h后升 溫至120°C恒溫保存28h，隨后取出溶液冷卻后過濾；
5)將置于O. 02M1, 3_苯二硫酚中修飾的電極垂直插入濾液中，室溫中放置5h后取出，得到雜化材料修飾電極，其膜厚約5 μ m，表面形貌如圖5所示，從圖5中可知該薄膜呈多棱角狀。從圖6的XRD圖譜可知，所制得薄膜XRD出峰的位置與標準譜相應(yīng)峰的位置一致(說明為同一晶體材料)?；谏鲜鰲l件下獲得的雜化材料修飾電極，在對重金屬離子Hg2+的檢測極限達到0.1nM,同時表現(xiàn)了很好的選擇性。
實施例4
1)將基底電極用金相砂紙打磨后并在去離子水中進行超聲清洗IOmin ；
2)將預(yù)處理后的電極置于O. 05M1, 2_乙二硫醇表面改性溶液中18h ；
3)配制濃度為O.1M的[Ag2Br4]2-溶液，具體操作如下稱取1. 75g的AgNO3溶于 IOmLDMF溶液中，向其中加入15mLKBr的DMF飽和溶液，同時用DMF稀釋到50mL ;配制濃度為O.1M的[Cd(en)3]2+溶液，具體操作如下:稱取O. 094gCd (NO3) 2 · 4H20溶于2mLDMF中，加入ImL乙二胺。
4)將配置好的[Ag2Br4][Cd(en)3]2+溶液按[Ag2Br4][Cd(en)3]2+的摩爾比5:1均勻混合后，將溶液置于50°C的烘箱中恒溫68h后升溫至110°C恒溫保存20h，隨后取出溶液冷卻后過濾；
5)將置于O. 05M1, 2_乙二硫醇中修飾過的電極垂直插入濾液中，室溫中放置8h后取出，得到雜化材料修飾電極，其膜厚約500nm?；谏鲜鰲l件下獲得的雜化材料修飾電極， 在對重金屬離子Hg2+的檢測極限達到InM，同時表現(xiàn)了很好的選擇性。
實施例5
I)將基底電極用金相砂紙打磨后并在去離子水中進行超聲清洗IOmin ；
2)將預(yù)處理后的電極置于O. 04M2-氨基乙硫醇表面改性溶液中IOh ；
3 )配制濃度為IM的[Ag2I4] &溶液，具體操作如下稱取17. 5g的AgNO3溶于 IOmLDMF溶液中，向其中加入20mLKI的DMF飽和溶液，同時用DMF稀釋到50mL ;配制濃度為 2M的[Zn(en)3]2+溶液，具體操作如下稱取1. 785gZn (NO3)2 ·6Η20溶于2mLDMF中，加入ImL 乙二胺。
4)將配置好的[Ag2I4F 和[Zn(en)3]2+溶液按[Ag2I4F 和[Zn(en)3]2+ 的摩爾比 5:1均勻混合后，將溶液置于65°C的烘箱中恒溫54h后升溫至105°C恒溫保存18h，隨后取出溶液冷卻后過濾；
5)將置于0.04M2-氨基乙硫醇中修飾過的電極垂直插入濾液中，室溫中放置6h后取出，得到雜化材料修飾電極，其膜厚約ΙΟΟμπι。基于上述條件下獲得的雜化材料修飾電極，在對凝血酶蛋白的檢測中，可達到IOnM的檢測極限，同時具備很好的抗干擾性能。
實施例6
I)將基底電極用金相砂紙打磨后并在去離子水中進行超聲清洗IOmin ；
2)將預(yù)處理后的電極置于0.02Μ1, 6_己二硫醇表面改性溶液中5h ；
3)配制濃度為0.5M的[Ag2I4]2-溶液，具體操作如下稱取8. 75g的AgNO3溶于 IOmLDMF溶液中，向其中加入20mLKI的DMF飽和溶液，同時用DMF稀釋到50mL ;配制濃度為 IM的[Cd(en)3]2+溶液，具體操作如下:稱取0.926gCd (NO3)2 ·4Η20溶于2mLDMF中，加入ImL 乙二胺。
4)將配置好的[Ag2I4F 和[C(Ken)3]2+溶液按[Ag2I4F 和[Cd(en)3]2+ 的摩爾比比4:1均勻混合后，將溶液置于75°C的烘箱中恒溫54h后升溫至115°C恒溫保存24h，隨后取出溶液冷卻后過濾；
5)將置于0.02M1, 6_己二硫醇中修飾過的電極垂直插入濾液中，室溫中放置Ilh 后取出，得到雜化材料修飾電極，其膜厚約60 μ m?；谏鲜鰲l件下獲得的雜化材料修飾電極，在對凝血酶蛋白的檢測中，可達到50nM的檢測極限，同時具備一定的抗干擾性能。
實施例7
I)將基底電極用金相砂紙打磨后并在去離子水中進行超聲清洗IOmin ；
2)將預(yù)處理后的電極置于O. 02M1, 6_己二硫醇表面改性溶液中5h ；
3)配制濃度為O. OlM的[Ag2Cl4]2_溶液，具體操作如下稱取O. 175g的AgNO3溶于 IOmLDMF溶液中，向其中加入20mLKCl的DMF飽和溶液，同時用DMF稀釋到50mL ;配制濃度 % O. OlM 的[Fe (en) 3]2+ 溶液，具體操作如下稱取 O. 0086gFe (NO3) 2 ·6Η20 溶于 2mLDMF 中， 加入ImL乙二胺。
4)將配置好的[Ag2Cl4]2-和[Fe(en)3]2+ 溶液按[Ag2Cl4]2_ 和[Fe(en)3]2+ 的摩爾比比6:1均勻混合后，將溶液置于90°C的烘箱中恒溫54h后升溫至110°C恒溫保存24h，隨后取出溶液冷卻后過濾；
5)將置于O. 02M1, 6_己二硫醇中修飾過的電極垂直插入濾液中，室溫中放置IOh 后取出，得到雜化材料修飾電極，其膜厚約80 μ m?；谏鲜鰲l件下獲得的雜化材料修飾電極，在對凝血酶蛋白的檢測中，可達到60nM的檢測極限，同時具備一定的抗干擾性 能。
權(quán)利要求
1.一種有機無機雜化材料修飾電極，其特征在于由基底電極和有機無機雜化材料基質(zhì)薄膜組成，其中所述的基底電極為貴金屬電極；所述的有機無機雜化材料基質(zhì)薄膜的化學(xué)組成為父(611)4&￥4，其中父為附、(0、211、〇(1、卩6或(11 ;en為乙二胺；Y為1、Cl或Br，薄膜厚度在500nm-100um之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機無機雜化材料修飾電極，其特征在于所述的貴金屬為金、銀、鈕或鉬。
3.一種制備如權(quán)利要求1所述的有機無機雜化材料修飾電極的方法，其具體步驟如下 1)將基底電極進行表面預(yù)處理； 2)將預(yù)處理后的基底電極浸泡在表面改性溶液中，改性溶液濃度為0.01-0. 1M，改性時間控制在5-30h ； 3)分別配制陰離子為[Ag2Y4]2_以及陽離子為》(611)3]2+的隊^甲基甲酰胺溶液其中 Y=KCl 或 Br ;X 為 N1、Co、Zn、Cd、Fe 或 Cu ； 4)將配制好的[Ag2Y4]2-和[X(en)3]21AN，N-甲基甲酰胺溶液按[Ag2Y4]2與[X(en)3]2+摩爾比為2 10:1混合后，放入50°C _90°C烘箱中加熱保溫30h-80h后，升溫至90°C _120°C加熱保溫10h-30h后取出，冷卻后過濾,得到濾液； 5)將表面改性后的電極垂直插入到濾液中，靜置5h-15h后取出，得到修飾電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于步驟I)中所述的表面預(yù)處理為將基底電極用金相砂紙打磨后并在去離子水中進行超聲清洗。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于步驟2)中所述的表面改性溶液為4-巰基苯胺、2-巰基苯胺、3-氨基苯硫酹、1，3-苯二硫酹、I, 3- 二硫醇、2-氨基苯硫醇、1，2-乙二硫醇、1，6-己二硫醇或2-氨基乙硫醇的乙醇溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制法，其特征在于[Ag2YJ2IP (611)3]2+的隊^二甲基甲酰胺溶液中[Ag2Y4F和[X(en)3]2+的濃度均為0. 01-2M。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有機無機雜化材料修飾電極及其制備方法，該修飾電極由基底電極和有機無機雜化薄膜組成，其中基底電極為貴金屬電極，優(yōu)選金、銀、鈀或鉑；雜化薄膜材料的化學(xué)組成為X(en)3Ag2Y4，其中X=Ni、Co、Zn、Cd、Fe或Cu；en為乙二胺；Y=I、Cl或Br，薄膜厚度在500nm-100μm之間。該修飾電極的制備包括以下步驟對基底電極進行表面預(yù)處理；將預(yù)處理后的電極浸泡于表面改性溶液中；配制雜化材料母液，并對該母液進行熱處理；過濾母液，將修飾后的電極豎直插到濾液中，靜置若干時間，得到雜化材料修飾電極。該修飾電極制備過程簡便可控，可同時制備多只電極，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號G01N27/30GK103033546SQ201210572318
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者金萬勤, 石磊, 儲震宇, 任小明 申請人:南京工業(yè)大學(xué)