專利名稱：一種基于納米多孔金-導(dǎo)電聚合物的生物電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米多孔金屬基導(dǎo)電聚合物包覆生物酶分子的生物電極的制備方法，可用于血糖、乙醇等的檢測以及生物燃料電池的電極。
背景技術(shù)：
基于納米材料的酶生物傳感器，因其具有靈敏度高、準(zhǔn)確度高、選擇性好、檢測限低、價格低廉、穩(wěn)定性好、能在復(fù)雜的體系中進行快速、在線連續(xù)監(jiān)測等優(yōu)點，在生物傳感器領(lǐng)域研究中占有重要的地位；同時，酶生物燃料電池原料來源廣泛，能夠在常溫常壓和中性溶液環(huán)境中工作，是一種可再生的綠色能源，雖然能量密度低，但能夠確保各種袖珍電子裝置的用電，在疾病的診斷和治療、環(huán)境保護以及航空航天等領(lǐng)域具有誘人的應(yīng)用前景。目前碳納米材料(如碳納米管、石墨烯)和金屬納米粒子(尤其金、銀、鉬等貴金屬納米粒子)在生物傳感器中的應(yīng)用得到了非常廣泛的研究。納米多孔金相對密度小、比表面大、導(dǎo)電率高，且生物相容性好，為酶的固定提供了大量尺寸合適的空隙，將會極大提高傳感器的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于納米多孔金-導(dǎo)電聚合物的生物電極的制備方法，該方法具有高靈敏度、高選擇性以及快速響應(yīng)的特性，并且該方法適用于多種氧化酶電極的構(gòu)建(如葡萄糖氧化酶、辣根氧化酶等)。本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種基于納米多孔金-導(dǎo)電聚合物的生物電極的制備方法，包括步驟如下:( I)制備納米多孔金；(2)配制電聚合溶液，將導(dǎo)電聚合物單體3，4乙烯二氧噻吩、生物酶、表面活性劑、支持電解質(zhì)高氯酸鋰使用PH為7.0的磷酸緩沖液溶解，濃度組成為:3，4乙烯二氧噻吩10-30mmol L \生物酶 10_50mg ml \表面活性劑 1 -20mmo11, \高氣酸裡 50_500mmolL S通
氮氣除氧；(3)采用循環(huán)伏安法對納米多孔金電極進行預(yù)活化:以硫酸溶液為電解質(zhì)，參比電極為飽和甘汞電極，進行伏安掃描，電壓窗口控制在-0.5V到1.5V之間，掃描速度為80-100mV/s 掃描圈數(shù) 10-50 圈；(4)電聚合，對預(yù)活化后的納米多孔金電極采用循環(huán)伏安法掃描，以步驟(2)電聚合溶液為電解質(zhì)，以銀氯化銀電極為參比電極，電壓窗口控制在OV到1.8V之間，掃描速度為10-200m V s—1，聚合圈數(shù)1-10圈。上述步驟(I)中納米多孔金可使用脫合金、陽極氧化、電化學(xué)腐蝕等方法制備，本專利中使用對金銀合金進行化學(xué)腐蝕，脫合金得到孔徑適合、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、連續(xù)的納米多孔結(jié)構(gòu)。在20°C -35°c之間，用濃硝酸對金銀合金進行自由腐蝕，腐蝕20min — 40min，以制取納米多孔金，將納米多孔金置于玻碳電極上，充分干燥。
步驟(2)所述的生物酶為葡萄糖氧化酶。所述的表面活性劑為十二烷基硫酸鈉或
者聚乙二醇。步驟(3)所述的硫酸溶液濃度范圍0.1-1M，優(yōu)選電壓窗口控制在-0.24V到1.5V,掃描速度為IOOmV S-1。上述步驟(4)優(yōu)選電壓窗口控制在OV到1.5V，掃描速度為為IOOm V s'本發(fā)明中步驟(2)電聚合溶液體系使用水系，而非有機溶劑(如本課題組之前申請的用作超級電容器的納米多孔金上生長的導(dǎo)電聚合物使用的是乙腈溶液(申請?zhí)朇N201210356113.6))，有機溶劑會抑制酶的生物活性。磷酸緩沖液為酶提供適宜的pH值，表面活性劑可以促進親油性的聚合物單體的水溶性，使單體在水相中較好分散，形成散布較好的膠束體系。與現(xiàn)有技術(shù)比本發(fā)明通過一步聚合生物酶構(gòu)建生物傳感器的方式方便快捷、酶負(fù)載穩(wěn)定、可控性強，本發(fā)明是首次在納米多孔金基底上實現(xiàn)，由于其較高的比表面積可提高酶的負(fù)載量，而其特殊的納米多孔結(jié)構(gòu)對聚合條件的要求是異于平板金的，本發(fā)明摸索出了一種最佳的路線。本發(fā)明傳感器經(jīng)過調(diào)節(jié)聚合溶液中導(dǎo)電聚合物單體、生物酶、表面活性劑以及支持電解質(zhì)的使用比例，控制電聚合參數(shù)，得到較佳的傳感性能。以負(fù)載葡萄糖氧化酶為例，該生物傳感器專一檢測葡萄糖，檢測電位可低至150mV(參比與飽和甘汞電極)，靈敏度可達至Ij 6.74 μ AmlT1CnT2O


圖1導(dǎo)電聚合物聚合到納米多孔金上SEM圖(左側(cè)為聚合2圈，右側(cè)為裸多孔金)；圖2納米多孔金電極在硫酸溶液中的活化曲線(取第20圈)；圖3為一步電聚合的循環(huán)伏安曲線；圖4為酶傳感器的時間電流曲線以及校正曲線(插圖)。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例進一步說明。實施例1現(xiàn)以葡萄糖氧化酶為例，闡述實施方案。實驗第一階段，使用脫合金的方法，制備具有30nm直徑的納米多孔金電極。實驗具體步驟:在20°C _35°C之間，用濃硝酸對IOOnm厚的12K金銀合金進行自由腐蝕，腐蝕約20min一40min,以制取納米多孔金。將納米多孔金置于玻碳電極上，充分干燥一定時間。實驗第二階段，通過一步電聚合的方式構(gòu)建基于納米多孔金屬的酶電極。實驗具體步驟:I)配制溶液，首先配制一定濃度的電聚合溶液，成分有導(dǎo)電聚合物單體3，4乙烯二氧噻吩20mmol L_\葡萄糖氧化酶30mg ml'表面活性劑為聚乙二醇lmmol L'支持電解質(zhì)高氯酸鋰IOOmmol L_\使用pH為7.0的磷酸緩沖液IOOmmol L—1溶解,通20分鐘的氮氣。2)采用循環(huán)伏安法對納米多孔金電極進行預(yù)活化。電解質(zhì)為硫酸溶液，電壓窗口控制在-0.5V到1.5V(參比電極為飽和甘汞電極)之間的某個區(qū)間上(電位區(qū)間為-0.2V-+1.6V)，掃描速度為IOOmV s'并注意調(diào)節(jié)合理的電流精度。3)電聚合，采用循環(huán)伏安法，電壓窗口控制在OV到1.8V之間的某個區(qū)間上(參比電極為銀氯化銀電極)，掃描速度為IOOm V s'分別選擇聚合不同的圈數(shù)以找到最佳聚合量。實驗第三階段，通過電化學(xué)方法對酶電極進行評價。實驗具體步驟:在合適的檢測電位(0.15V,參比電極為飽和甘汞電極)下，在濃度ImM的對苯醌的磷酸緩沖液中，連續(xù)加入檢測底物葡萄糖(每次加入ImM濃度改變量的葡萄糖)，對溶液通氮氣排出溶氧，得到時間電流曲線及該傳感器的校正曲線(附圖4)。在較優(yōu)的情況下，該生物傳感器專一檢測葡萄糖，檢測電位可低至150mV (參比與飽和甘汞電極)，靈敏度可達到6.74 μ AmM 1Cm 2。
權(quán)利要求
1.一種基于納米多孔金-導(dǎo)電聚合物的生物電極的制備方法，包括步驟如下: (1)制備納米多孔金； (2)配制電聚合溶液，將導(dǎo)電聚合物單體3，4乙烯二氧噻吩(10-3011111101L—1)、生物酶(10-50mg ml—1)、表面活性劑(l-20mmol L—1)、支持電解質(zhì)高氯酸鋰(50-500mmol L—1)使用PH為7.0的磷酸緩沖液溶解，通氮氣除氧； (3)采用循環(huán)伏安法對納米多孔金電極進行預(yù)活化:以硫酸溶液為電解質(zhì)，參比電極為飽和甘汞電極，進行伏安掃描，電壓窗口控制在-0.5V到1.5V之間，掃描速度為80-100mV/s掃描圈數(shù)10-50圈； (4)電聚合，對預(yù)活化后的納米多孔金電極采用循環(huán)伏安法掃描，以步驟(2)電聚合溶液為電解質(zhì)，以銀氯化銀電極為參比電極，電壓窗口控制在OV到1.8V之間，掃描速度為10-200m V s—1，聚合圈數(shù) 1-10 圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于納米多孔金-導(dǎo)電聚合物的生物電極的制備方法，其特征是，步驟(2)所述的生物酶為葡萄糖氧化酶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于納米多孔金-導(dǎo)電聚合物的生物電極的制備方法，其特征是，所述的表面活性劑為十二烷基硫酸鈉或者聚乙二醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于納米多孔金-導(dǎo)電聚合物的生物電極的制備方法，其特征是，步驟(3)所述的硫酸溶液濃度范圍0.1-1M，電壓窗口控制在-0.24V到1.5V，掃描速度為IOOmV s'
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于納米多孔金-導(dǎo)電聚合物的生物電極的制備方法，其特征是，步驟(4)電壓窗口控制在OV到1.5V，掃描速度為IOOm V s'
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于納米多孔金-導(dǎo)電聚合物的生物電極的制備方法，先制備納米多孔金，將導(dǎo)電聚合物單體3,4乙烯二氧噻吩(10-30mmol L-1)、生物酶(10-50mg ml-1)、表面活性劑(1-20mmol L-1)、支持電解質(zhì)高氯酸鋰(50-500mmol L-1)使用pH為7.0的磷酸緩沖液溶解，通氮氣除氧配制電聚合溶液，采用循環(huán)伏安法對納米多孔金電極進行預(yù)活化，然后電聚合。本發(fā)明傳感器經(jīng)過調(diào)節(jié)聚合溶液中導(dǎo)電聚合物單體、生物酶、表面活性劑以及支持電解質(zhì)的使用比例，控制電聚合參數(shù)，得到較佳的傳感性能。以負(fù)載葡萄糖氧化酶為例，該生物傳感器專一檢測葡萄糖，檢測電位可低至150mV，靈敏度可達到6.74μA mM-1cm-2。
文檔編號G01N27/327GK103149258SQ20131006037
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者司鵬超, 肖鑫鑫, 李輝, 王蒙恩 申請人:山東大學(xué)