[發明專利]一種生物電極及其制作方法

有效

• 申請號: 200810244460.3
• 申請日: 2008-12-06
• 公開（公告）號: CN101441192A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發明（設計）人: 林新華;張蘭月;朱榮華;陳麗娟;倪林;殷世平
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 趙曉薇

技術領域

本發明涉及一種生物傳感器，特別涉及一種以有序多孔基材 料改性層，即有序多孔氧化鋁和碳納米管復合薄膜為氧化還原蛋白質載體的 一種生物電極及其制作方法。

背景技術

生物電極以其制作成本低、靈敏度高、易于微型化以及易于 與其它系統集成等特點，在生物傳感器領域越來越受到人們的重視，在醫療 診斷、食品工業、環境檢測等領域具有廣闊的應用前景。

大多數氧化還原蛋白質在傳統的裸電極表面會發生強烈的吸附并伴有形 狀的改變，而變形后的蛋白質經常表現為不可逆的電化學行為即失去活性； 另外，氧化還原蛋白質的電活性中心深藏于龐大的分子結構中，氧化還原蛋 白質與傳統電極之間直接的電子傳遞較為困難。為此，設計和尋找新型載體 材料，以進一步提高氧化還原蛋白質的固定效率，減小分析物的擴散阻力， 改善電子的傳遞效率，以提高生物電極的靈敏度、穩定性、信號響應速度， 從而進一步拓展其應用范圍，已成為生物傳感器研究領域的重點和難點。

納米多孔材料不僅有極大的比表面積，而且氧化還原蛋白質可以包埋于 多孔納米材料微孔內或者吸附、共價鍵合于孔壁的內側，這為氧化還原蛋白 質提供了一個比較穩定可靠的微環境，固定效果比較好。理論模型揭示，固 定于微孔內的活性蛋白質分子由于受到孔壁的物理限制，高級活性構型轉變 受到抑制，這有利于其生物活性的長期保持。可以說有序多孔納米材料為設 計新型氧化還原蛋白質載體，開發具有高的靈敏度、好的穩定性、快的信號 響應速度等優異性能的生物電極提供了一條嶄新的途徑。

在文獻(1)Anal.Chem?2002，74，2217-2223和文獻(2)Biosen.Bioelectron. 2007，22，1811-1815中J.Jia與H.Chen等分別以氧化硅溶膠凝膠/金納米顆 粒和氧化硅溶膠凝膠/碳納米管復合材料為辣根過氧化氫酶(HRP)載體構建 生物電極，不僅提高了HRP生物電極的穩定性，而且信號響應速度也得到了 改善。這與位于氧化硅溶膠凝膠孔隙中HRP穩定性的提高以及納米金顆粒或 碳納米管在介電的氧化溶膠凝膠中起到了導電中心的作用，有助于電子傳遞 等因素有關。但在溶膠凝膠中，孔徑尺寸較小，且大多數為閉孔結構，分析 物擴散阻力大，同時溶膠凝膠在干燥過程中，會發生收縮和干裂，這既使凝 膠微孔中的氧化還原蛋白質不可避免地受到一定的應力，對其生物活性造成 一定的損失；又會導致電極表面生物活性改性層的強度降低，容易脫落，影 響氧化還原蛋白質的固定效果，最終損害生物電極的靈敏度、穩定性等性能。

介孔分子篩的孔道不僅有序，且尺寸范圍比較寬，可達2～50nm，非常 適合生物活性分子的固定，研究結果亦顯示其在固定氧化還原蛋白質上具有 良好的性能。文獻(3)Bios.Bioelectron.，2005，20，1674-1679中，S. Sotiropoulou等以纖維素為粘結劑，基于平均孔徑為10nm的介孔二氧化硅 微球制備了乙酰膽堿酯酶(AChEs)生物電極；與未使用介孔二氧化硅微球 的電極相比，AChEs的固定效果得到很大改善；對氯化乙酰硫代膽堿連續檢 測72小時，靈敏度未見下降，而在起初靈敏度一樣的情況下，未使用介孔二 氧化硅微球電極的靈敏度，72小時后降低了85％。目前大多數研究工作都是 在有粘結劑的情況下，用介孔材料粉末形成凝膠，再經涂敷在電極材料表面 得到改性層，其結果就是改性層中介孔粉末的無序相互堆積使大部分孔道堵 塞，導致介孔材料有序多孔的結構優勢難以得到真正全面的發揮，對氧化還 原蛋白質的固定效果下降；同時，增加了分析物的擴散阻力，影響電子傳遞 效率等，這些都最終影響生物電極的性能。

發明內容

本發明的目的是：避免上述現有技術的生物電極中，作為生 物活性分子載體材料的不足之處，在金屬電極表面原位制備含有高導電組分 的有序多孔基復合材料用于氧化還原蛋白質的固定，使氧化還原蛋白質的固 定效果好、分析物的擴散阻力小和電子傳遞效率高，從而提供一種高靈敏度 的一種生物電極及其制作方法。

本發明的技術方案是：一種生物電極，包括在絕緣基板上形成金屬薄膜 電極，所述金屬薄膜電極通過物理氣相沉積工藝得到；

特別是：在所述金屬薄膜電極表面存在含有氧化還原蛋白質的有序多孔 基材料改性層，所述氧化還原蛋白質采用吸附、或交聯、或共價鍵合的方式固 定于所述有序多孔基材料改性層的孔道中；