[發明專利]一種以TiO2為載體的固定酶電極的制備方法

無效

• 申請號: 201010140746.4
• 申請日: 2010-04-02
• 公開（公告）號: CN101813660A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 于志輝;李敏;夏定國
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明涉及用于生物燃料電池和電化學生物傳感器的以無機材料為載體 固定酶電極的制備方法，屬于材料科學技術領域。

背景技術

酶是一種具有生物活性的蛋白質，基于酶氧化還原活性中心與電極之間的 電子傳遞，在電化學生物傳感器中起著關鍵性的作用，研究酶在載體修飾電極 上直接電子轉移，不僅對于探索生命體內的生理作用機理等理論研究具有重要 意義，而且能為制備基于酶直接電化學行為的第三代生物傳感器、開發生物燃 料電池和生物芯片奠定技術基礎，具有重要的理論價值和良好的應用前景。

生物技術與納米技術有機結合所形成的納米生物技術，為第三代電化學生 物傳感器的構建提供了一條嶄新的途徑。納米材料具有巨大的表面積，在生物 燃料電池中用于固定酶或微生物都具有很大的開發潛力。在這些材料中TiO₂具有 生物相容性、穩定性、環境友好等優點，廣泛應用于催化劑載體、半導體、太 陽能轉化材料、光催化劑、氣體傳感器、電容器和鋰離子電池材料等。TiO₂的性 能優劣在很大程度上取決于其晶體結構、形貌和顆粒的大小。近來，研究表明 納米結構的TiO₂能顯著提高材料的比表面積，從而表現出比一般粉體優良的性 能。研究證明以TiO₂作為電極修飾材料應用于生物傳感器可以提高酶的催化性 能。Yibing?Xie等人(Biosensors?and?Bioelectronics?2007，22，2812-2818) 利用陽極氧化方法制備TiO₂納米管，通過修飾吡咯固定葡萄糖氧化酶(GOD)，具 有很好的電化學性能。Huimin?Cao等人(Electroana?lysis?2008，20，2223-- 2228)利用三維大孔TiO₂固定GOD并用用于葡萄糖傳感器中。Shu-Juan?Bao等人 (Adv.Funct.Mater.2008，18，591-599)以CNT作為模板，通過簡單的水熱合 成方法，制備了一種新型的、疏松的、單一孔徑的TiO₂材料，并應用于蛋白質固 定及傳感器。

改進提高電極上載體的合成方法，穩定、有效固定酶是研究的GOD的直接 電化學反應的關鍵之一，我們發現過氧化氫酶(CAT)可以引發合成二氧化鈦， 在室溫、常壓、接近中性條件下通過將CAT加入氨水調節的pH為4的硫酸鈦水 溶液中，利用CAT與溶液間相互作用引發合成TiO₂。在合成TiO₂的實驗過程中， 將GOD加入反應體系，達到載體制備與酶的固定一步完成的目的。該方法為載 體制備和酶的固定提供了新的思路。

發明內容

發明的目的是達到載體制備與酶的固定一步完成的目的，而提出一種可用 于生物燃料電池和電化學生物傳感器的以無機材料為載體固定酶電極的新制備 方法，本發明的固定酶電極具有良好的電化學性能。

本發明提供的一種以介孔TiO₂為載體的固定酶電極的制備方法，其特征在 于，載體材料的合成與酶的固定一步完成，包括以下各步驟：

第一、配制質量分數為4％硫酸鈦水溶液，加入氨水調節pH至4，葡萄糖 氧化酶(GOD)和過氧化氫酶(CAT)按照質量比為1-3∶1加入到上述溶液， 使GOD質量濃度為0.1-0.3％，攪拌溶解，在室溫下靜置1周，將上述樣品抽濾 所得固體在室溫下自然干燥，得到GOD/TiO₂(CAT)粉末樣品；

第二、將GC(玻碳電極)用0.3和0.05μm的氧化鋁打磨至光亮，然后用 二次蒸餾水和無水乙醇超聲清洗，干燥；

第三、配制GOD/TiO₂(CAT)的濃度為10g/L的PBS懸濁液(PBS為0.1M的 pH為7的磷酸鹽緩沖溶液)，再加入3％的殼聚糖溶液，其中殼聚糖溶液與上述 PBS懸濁液的體積比為1∶500，用微量進樣器將上述懸濁液滴加到處理好的GC 電極表面，使得63.7μL懸濁液/cm²電極，再滴加質量濃度0.1％的全氟磺酸溶 液，所用全氟磺酸溶液與滴到電極上的懸濁液體積比為1∶4，室溫自然干燥， 得到以TiO₂為載體的固定酶電極。