[發(fā)明專利]一種基于原電池的電化學(xué)傳感器及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110220596.2
• 申請(qǐng)日: 2011-08-03
• 公開（公告）號(hào): CN102411022A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛蘭群;趙靈芝;楊麗芬;于萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01N27/416
• 分類號(hào): G01N27/416;G01N27/30;H01M4/06;H01M4/08
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關(guān)暢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于原電池的電化學(xué)傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

近幾十年來(lái)，生物傳感器以其原理簡(jiǎn)單、工作條件溫和、儀器設(shè)備低廉且選擇性高等優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注。其中電化學(xué)生物傳感器以生物物質(zhì)作為分子識(shí)別單元，以電化學(xué)工作站作為換能器，得到了廣泛的應(yīng)用。利用生物電化學(xué)傳感器技術(shù)，針對(duì)生理物質(zhì)或環(huán)境污染物的高效、快速檢測(cè)可通過(guò)設(shè)計(jì)不同的電極，在電化學(xué)工作站上即可完成。雖然生物電化學(xué)傳感器具有潛在的應(yīng)用前景，但是由于電化學(xué)工作站的使用，導(dǎo)致這種方法仍然很難滿足樣品的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是基于原電池技術(shù)，提供一種可以直接、快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)溶液中待測(cè)物濃度的電化學(xué)生物傳感器。

本發(fā)明所提供的基于酶型原電池的電化學(xué)傳感器由：電池陰極、電池陽(yáng)極、萬(wàn)用表和外加電阻串聯(lián)組成；

所述電池陰極由基底電極、涂覆于所述基底電極上的碳納米材料層、涂覆于所述碳納米材料層上的催化劑層及涂覆于所述催化劑層上的酶層組成；其中，所述碳納米材料層由陽(yáng)離子功能化的碳納米材料組成；所述催化劑層由普魯士藍(lán)(Prussian?Blue，PB)組成；所述酶層由下述a)或b)或c)或d)或e)組成：a)氧化酶(glucose?oxidase，GOx)，b)氧化酶、惰性蛋白和交聯(lián)劑交聯(lián)形成的固定化酶，c)氧化酶、生物高聚物和交聯(lián)劑交聯(lián)形成的固定化酶；d)氧化酶和惰性蛋白；e)氧化酶和生物高聚物；

所述電池陽(yáng)極由基底電極、涂覆于所述基底電極上的碳納米材料層、涂覆于所述碳納米材料層上的介體層及涂覆于所述介體層上的酶層組成，或由基底電極、涂覆于所述基底電極上的碳納米材料與介體復(fù)合層、涂覆于所述復(fù)合層上的酶層組成；其中，所述碳納米材料層或碳納米材料與介體復(fù)合層中的碳納米材料由碳納米材料(即非功能化的碳納米材料)組成；所述介體層或碳納米材料與介體復(fù)合層中的介體選自下述任意一種：亞甲基藍(lán)(methylene?blue，MB)，亞甲基綠(methylene?green，MG)，聚合亞甲基綠(polymethylene?green，PMG)和聚合亞甲基藍(lán)(polymethylene?blue，PMB)；所述酶層由下述a)或b)或c)或d)或e)組成：a)脫氫酶(glucose?dehydrogenase，GDH)，b)脫氫酶、惰性蛋白和交聯(lián)劑交聯(lián)形成的固定化酶，c)脫氫酶、生物高聚物和交聯(lián)劑交聯(lián)形成的固定化酶；d)脫氫酶和惰性蛋白；e)脫氫酶和生物高聚物。

所述電池陰極和電池陽(yáng)極的碳納米材料層中，每平方厘米基底電極上碳納米材料的含量為5～180μg。所述碳納米材料為單壁碳納米管(Single-walled?Nanotubes，SWNTs)和多壁碳納米管(Multi-walled?Nanotubes，MWNTs)的一種或其任意組合；所述功能化陽(yáng)離子為聚吡咯陽(yáng)離子、聚苯胺陽(yáng)離子、咪唑陽(yáng)離子和吲哚陽(yáng)離子中的一種或其任意組合。

本發(fā)明對(duì)碳納米材料的尺寸無(wú)特別要求，一般來(lái)說(shuō)，所述碳納米管的直徑為1～500nm，優(yōu)選為1～10nm；平均長(zhǎng)度為0.5～50μm，優(yōu)選為5～15μm。

所述電池陰極的催化劑層和電池陽(yáng)極的介體層中，每平方厘米基底電極上催化劑(或介體)的含量為1～20μg。

所述電池陰極和電池陽(yáng)極的酶層中，每平方厘米基底電極上GOx為1.4～217.2U，GDH的含量為3.9～31.1U。所述惰性蛋白可為牛血清蛋白、人血清蛋白和白明膠中的一種或其任意組合。所述生物高聚物為纖維素、淀粉、殼聚糖和瓊脂糖中的一種或其任意組合。根據(jù)待測(cè)物(即底物)的不同，可以選擇相應(yīng)的針對(duì)待測(cè)物的氧化酶及脫氫酶。以測(cè)定葡萄糖的葡萄糖傳感器為例，所用氧化酶為葡萄糖氧化酶，脫氫酶為葡萄糖脫氫酶；以檢測(cè)乳酸的乳酸傳感器為例，所用氧化酶為乳酸氧化酶，脫氫酶為乳酸脫氫酶；以檢測(cè)谷氨酸的谷氨酸傳感器為例，所用氧化酶為谷氨酸氧化酶，脫氫酶為谷氨酸脫氫酶；

本發(fā)明電化學(xué)傳感器中所串聯(lián)的電阻的阻值可為5～3000Ω。

本發(fā)明中所述基底電極具體可為玻碳電極(Glassy?Carbon，GC)。

制備上述電化學(xué)傳感器的方法，包括以下步驟：

1)制備電池陰極：

a)將陽(yáng)離子功能化碳納米材料進(jìn)行超聲處理，然后涂覆于基底電極上，室溫干燥；