石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極的制備方法，包括有以下步驟：1)將吡咯溶于去離子水中，得到溶液A；2)向溶液A中加入氧化石墨烯，超聲分散得到溶液B；3)向溶液B中加入離子液體，攪拌，得到溶液C；4)向溶液C中加入酶，超聲，得到溶液D；5)將配備工作電極、對電極與參比電極的溶液D中進(jìn)行電化學(xué)循環(huán)伏安法掃描，即得。本發(fā)明有以下顯著特點(diǎn)：1)通過循環(huán)伏安法一步得到復(fù)合膜修飾電極；2)聚吡咯有利于酶的固定，而且離子液體與石墨烯的加入有效實(shí)現(xiàn)了酶的氧化還原中心與電極材料之間良好的電子傳輸；3)復(fù)合膜中各組分配比與復(fù)合膜厚度可以通過循環(huán)伏安法與反應(yīng)物用量來控制。
【專利說明】石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極及其制備 方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料與修飾電極制備領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯-聚吡咯-離子 液體-酶復(fù)合膜修飾電極的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 由單層碳原子堆積而成的具有二維結(jié)構(gòu)的石墨烯是一種新型碳材料。石墨烯材料 具有大的比表面積、高的力學(xué)強(qiáng)度與優(yōu)異的電子傳輸能力。這些獨(dú)特的物理化學(xué)性能使其 在電化學(xué)傳感器等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。酶修飾電極是生物傳感器的研究熱點(diǎn)之一。 酶在電極材料上的電化學(xué)行為取決于酶的活性中心與外端電極之間的電子傳輸。但是通常 酶的活性中心被疏水性分子所包埋，在沒有其他介質(zhì)參與時(shí)，酶的活性中心較難與外端電 極直接連接，難以實(shí)現(xiàn)酶與電極直接的電子流通。石墨烯高的電子傳輸特性與大的比表面 積，能有效實(shí)現(xiàn)酶與電極材料之間的電子傳輸。
[0003] 作為具有共軛雙鍵的導(dǎo)電高分子材料之一，聚吡咯由于合成方便、電導(dǎo)率較高、易 成膜、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)而日益受到人們關(guān)注，最廣泛地被作為酶的固定載體并用于生 物傳感器的制備。聚吡咯膜能在中性溶液中較低電位下合成，有利于酶的固定化并保持酶 的生物電化學(xué)活性。近年來，人們發(fā)現(xiàn)離子液體具有較低的蒸汽壓，不易揮發(fā)，具有較寬的 電化學(xué)窗口。隨著離子液體研究的不斷深入，還發(fā)現(xiàn)許多種酶在離子液體中具有良好的性 能，離子液體能促進(jìn)酶與電極材料之間的電子傳遞，有利于酶的電化學(xué)反應(yīng)。
[0004] 酶固定載體與電子傳遞促進(jìn)劑的選擇對于制備性能優(yōu)良的酶修飾電極尤其重要， 其制備方法對于生物傳感器的性能有著極大的影響。但現(xiàn)有技術(shù)中酶修飾電極的制備工藝 較復(fù)雜，制備周期較長。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極及其 制備方法，將石墨烯的電化學(xué)還原與聚吡咯的電化學(xué)合成相結(jié)合，通過循環(huán)伏安法制備了 石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極，有效實(shí)現(xiàn)了酶的氧化還原中心與電極之 間的電子傳輸，而且制備修飾電極的方法條件溫和簡便。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶 復(fù)合膜修飾電極，其為以下制備方法得到的產(chǎn)物，包括有以下步驟：
[0007] 1)將吡咯溶于去離子水中，得到溶液A，溶液A中吡咯的質(zhì)量百分比濃度為 0. 05-0. 5% ；
[0008] 2)向溶液A中加入5_20mg氧化石墨烯，超聲分散1_2小時(shí)得到溶液B ；
[0009] 3)向溶液B中加入離子液體，攪拌1-2小時(shí)，得到溶液C，離子液體質(zhì)量為溶液B 質(zhì)量的1-5% ；
[0010] 4)向溶液C中加入酶，超聲10-30分鐘，得到溶液D，酶在溶液D中的濃度為 0. 01-lmg/mL ；
[0011] 5)將配備工作電極、對電極與參比電極的溶液D中進(jìn)行電化學(xué)循環(huán)伏安法掃描， 即得到石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極。
[0012] 按上述方案，所述離子液體為1- 丁基-3-甲基咪唑六氟化磷或1- 丁基-3-甲基 咪唑四氟化硼。
[0013] 按上述方案，所述工作電極為金、鉬、玻碳或氧化銦錫導(dǎo)電玻璃。
[0014] 按上述方案，所述循環(huán)伏安法的循環(huán)掃描電位在-1. 3-0. 8V之間，掃描圈數(shù)為 20-200 圈。
[0015] 按上述方案，所述的酶為過氧化物酶、乳酸氧化酶、脂肪酶或膽固醇氧化酶。
[0016] 本發(fā)明有以下顯著特點(diǎn)：1)將聚吡咯的電化學(xué)合成與石墨烯的陰極還原相結(jié)合， 通過循環(huán)伏安法一步得到復(fù)合膜修飾電極；2)聚吡咯有利于酶的固定，而且離子液體與石 墨烯的加入有效實(shí)現(xiàn)了酶的氧化還原中心與電極材料之間良好的電子傳輸；3)復(fù)合膜中 各組分配比與復(fù)合膜厚度可以通過循環(huán)伏安法與反應(yīng)物用量來控制。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的 內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0018] 實(shí)施例1 ：
[0019] 1)將吡咯溶于去離子水中，得到溶液A，溶液A中吡咯的質(zhì)量百分比濃度為0. 1%；
[0020] 2)向溶液A中加入5mg氧化石墨烯，超聲分散1小時(shí)得到溶液B ；
[0021] 3)向溶液B中加入1-丁基-3-甲基咪唑六氟化磷，攪拌1小時(shí)，得到溶液C，l_ 丁 基-3-甲基咪唑六氟化磷質(zhì)量為溶液B質(zhì)量的1% ；
[0022] 4)向溶液C中加入過氧化物酶，超聲10分鐘，得到溶液D，過氧化物酶在溶液D中 的濃度為0. lmg/mL ；
[0023] 5)將配備金工作電極、對電極與參比電極的溶液D中進(jìn)行電化學(xué)循環(huán)伏安法掃 描，循環(huán)掃描電位在-1. 3-0. 8V之間，掃描圈數(shù)為50圈，即得到石墨烯-聚吡咯-離子液 體-酶復(fù)合膜修飾電極，
[0024] 6)得到的石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極對于過氧化氫濃度在 3. 2X 10_4-1 X 10_3mol/L范圍內(nèi)有良好的檢查效果。
[0025] 實(shí)施例2 ：
[0026] 1)將吡咯溶于去離子水中，得到溶液A，溶液A中吡咯的質(zhì)量百分比濃度為0. 3%；
[0027] 2)向溶液A中加入10mg氧化石墨烯，超聲分散1小時(shí)得到溶液B ；
[0028] 3)向溶液B中加入1-丁基-3-甲基咪唑四氟化硼，攪拌1小時(shí)，得到溶液C，l_ 丁 基-3-甲基咪唑四氟化硼質(zhì)量為溶液B質(zhì)量的1% ；
[0029] 4)向溶液C中加入乳酸氧化酶，超聲15分鐘，得到溶液D，乳酸氧化酶在溶液D中 的濃度為0. 05mg/mL ；
[0030] 5)將配備氧化銦錫導(dǎo)電玻璃工作電極、對電極與參比電極的溶液D中進(jìn)行電化學(xué) 循環(huán)伏安法掃描，循環(huán)掃描電位在-1. 3-0. 8V之間，掃描圈數(shù)為80圈，即得到石墨烯-聚吡 咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極，
[0031] 6)得到的石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極對于乳酸濃度在 5. 5X 10_5-1· 2X 10_2mol/L范圍內(nèi)有良好的檢查效果。
[0032] 實(shí)施例3 ：
[0033] 1)將吡咯溶于去離子水中，得到溶液A，溶液A中吡咯的質(zhì)量百分比濃度為 0. 25% ；
[0034] 2)向溶液A中加入10mg氧化石墨烯，超聲分散1小時(shí)得到溶液B ；
[0035] 3)向溶液B中加入1- 丁基-3-甲基咪唑六氟化磷，攪拌1小時(shí)，得到溶液C，1_ 丁 基-3-甲基咪唑六氟化磷質(zhì)量為溶液B質(zhì)量的4% ；
[0036] 4)向溶液C中加入脂肪酶，超聲10分鐘，得到溶液D，脂肪酶在溶液D中的濃度為 0. 5mg/mL ；
[0037] 5)將配備玻碳工作電極、對電極與參比電極的溶液D中進(jìn)行電化學(xué)循環(huán)伏安法掃 描，循環(huán)掃描電位在-1. 3-0. 8V之間，掃描圈數(shù)為100圈，即得到石墨烯-聚吡咯-離子液 體-酶復(fù)合膜修飾電極，
[0038] 6)得到的石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極對于二油酸甘油酯濃度 在6. 4X 10_7-8· 2 X 10_4mg/mL范圍內(nèi)有良好的檢查效果。
[0039] 實(shí)施例4 ：
[0040] 1)將吡咯溶于去離子水中，得到溶液A，溶液A中吡咯的質(zhì)量百分比濃度為 0. 15% ；
[0041] 2)向溶液A中加入20mg氧化石墨烯，超聲分散2小時(shí)得到溶液B ；
[0042] 3)向溶液B中加入1-丁基-3-甲基咪唑四氟化硼，攪拌2小時(shí)，得到溶液C，l_ 丁 基-3-甲基咪唑四氟化硼質(zhì)量為溶液B質(zhì)量的2% ；
[0043] 4)向溶液C中加入膽固醇氧化酶，超聲10分鐘，得到溶液D，膽固醇氧化酶在溶液 D中的濃度為0. 3mg/mL ；
[0044] 5)將配備鉬工作電極、對電極與參比電極的溶液D中進(jìn)行電化學(xué)循環(huán)伏安法掃 描，循環(huán)掃描電位在-1. 3-0. 8V之間，掃描圈數(shù)為30圈，即得到石墨烯-聚吡咯-離子液 體-酶復(fù)合膜修飾電極，
[0045] 6)得到的石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極對于膽固醇濃度在 8. 7 X 10-6-6. 2X lO-W/L范圍內(nèi)有良好的檢查效果。
[0046] 實(shí)施例5 ：
[0047] 1)將吡咯溶于去離子水中，得到溶液A，溶液A中吡咯的質(zhì)量百分比濃度為0. 3%；
[0048] 2)向溶液A中加入5mg氧化石墨烯，超聲分散1小時(shí)得到溶液B ；
[0049] 3)向溶液B中加入1- 丁基-3-甲基咪唑六氟化磷，攪拌1小時(shí)，得到溶液C，1_ 丁 基-3-甲基咪唑六氟化磷質(zhì)量為溶液B質(zhì)量的3% ；
[0050] 4)向溶液C中加入過氧化物酶，超聲20分鐘，得到溶液D，過氧化物酶在溶液D中 的濃度為0. 5mg/mL ；
[0051] 5)將配備氧化銦錫導(dǎo)電玻璃工作電極、對電極與參比電極的溶液D中進(jìn)行電化學(xué) 循環(huán)伏安法掃描，循環(huán)掃描電位在-1. 3-0. 8V之間，掃描圈數(shù)為60圈，即得到石墨烯-聚吡 咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極，
[0052] 6)得到的石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極對于過氧化氫濃度在
【權(quán)利要求】
1.石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極，其為以下制備方法得到的產(chǎn)物，包 括有以下步驟： 1)將吡咯溶于去離子水中，得到溶液A，溶液A中吡咯的質(zhì)量百分比濃度為 0. 05-0. 5% ； 2)向溶液A中加入5-20mg氧化石墨烯，超聲分散1_2小時(shí)得到溶液B ； 3)向溶液B中加入離子液體，攪拌1-2小時(shí)，得到溶液C，離子液體質(zhì)量為溶液B質(zhì)量 的 1-5% ； 4)向溶液C中加入酶，超聲10-30分鐘，得到溶液D，酶在溶液D中的濃度為0. 01-lmg/ mL ； 5)將配備工作電極、對電極與參比電極的溶液D中進(jìn)行電化學(xué)循環(huán)伏安法掃描，即得 到石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極，其特征在 于：所述離子液體為1- 丁基-3-甲基咪唑六氟化磷或1- 丁基-3-甲基咪唑四氟化硼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極，其特征在 于：所述工作電極為金、鉬、玻碳或氧化銦錫導(dǎo)電玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極，其特征在 于：所述循環(huán)伏安法的循環(huán)掃描電位在-1. 3-0. 8V之間，掃描圈數(shù)為20-200圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極，其特征在 于：所述的酶為過氧化物酶、乳酸氧化酶、脂肪酶或膽固醇氧化酶。
6.權(quán)利要求1所述的石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極的制備方法，包 括有以下步驟： 1)將吡咯溶于去離子水中，得到溶液A，溶液A中吡咯的質(zhì)量百分比濃度為 0. 05-0. 5% ； 2)向溶液A中加入5-20mg氧化石墨烯，超聲分散1_2小時(shí)得到溶液B ； 3)向溶液B中加入離子液體，攪拌1-2小時(shí)，得到溶液C，離子液體質(zhì)量為溶液B質(zhì)量 的 1-5% ； 4)向溶液C中加入酶，超聲10-30分鐘，得到溶液D，酶在溶液D中的濃度為0. 01-lmg/ mL ； 5)將配備工作電極、對電極與參比電極的溶液D中進(jìn)行電化學(xué)循環(huán)伏安法掃描，即得 到石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極的制備方 法，其特征在于：所述離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑六氟化磷或1-丁基-3-甲基咪唑四 氟化硼。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極的制備方 法，其特征在于：所述工作電極為金、鉬、玻碳或氧化銦錫導(dǎo)電玻璃。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極的制備方法， 其特征在于：所述循環(huán)伏安法的循環(huán)掃描電位在-1. 3-0. 8V之間，掃描圈數(shù)為20-200圈。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的石墨烯-聚吡咯-離子液體-酶復(fù)合膜修飾電極的制備方 法，其特征在于：所述的酶為過氧化物酶、乳酸氧化酶、脂肪酶或膽固醇氧化酶。
【文檔編號】G01N27/333GK104049016SQ201410272433
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】李亮, 佘瀟, 孫配雷, 張橋, 喻湘華, 吳艷光 申請人:武漢工程大學(xué)