[發(fā)明專利]同軸納米纖維構(gòu)筑三維酶電極表面的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210122514.5
• 申請日: 2012-04-24
• 公開（公告）號: CN102645474A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭衛(wèi);郭峰;孫治政;馬婧媛
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327;H01M4/88;B82Y30/00;D01D5/00;D01D5/34;D01F8/02;D01F8/16;D01F1/10
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種酶電極的制備方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的生物傳感器和生物燃料電池所用的酶電極多采用滴涂、電化學(xué)沉積或者兩者相結(jié)合的方式來制備。在應(yīng)用滴涂方式制備修飾電極納米復(fù)合膜的過程中，納米材料極易團聚，從而影響酶在電極表面的分布和酶在電極表面的取向，進一步影響酶電極綜合性能。另一方面，電沉積的應(yīng)用，使成膜材料在電極表面分布不均勻，而且電極表面的穩(wěn)定性和可重復(fù)性較差。

隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，靜電紡絲技術(shù)引起了越來越多研究者的關(guān)注。電紡纖維膜具有比表面積高、孔隙小、孔隙率大等優(yōu)點，使其在組織工程支架、藥物釋放載體和光電器件等方面具有潛在的應(yīng)用價值。近幾年已有研究者成功的利用靜電紡絲技術(shù)制備了酶修飾電極。但是，隨著酶修飾電極應(yīng)用的增多也暴露出它的局限性。例如，部分酶在溶于某基體進行電紡后會失去活性，因此不能用于直接電紡含酶纖維膜修飾電極的制備。當在電紡纖維膜表面固定活性酶時，由于部分纖維表面疏水性，固定在纖維膜表面的酶穩(wěn)定性差，易脫落。若使用交聯(lián)劑進一步固定酶，又容易因大分子包埋引起酶活性的喪失。因此在應(yīng)用過程中，酶與電極間電子傳遞困難、酶易從纖維表面脫落，導(dǎo)致酶電極綜合性能提高有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種步驟簡單，能提高酶電極表面酶固化的穩(wěn)定性，改善酶電極響應(yīng)速度，提高燃料電池輸出功率的同軸納米纖維構(gòu)筑三維酶電極表面的方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

將高分子量聚合物與高導(dǎo)向性納米材料溶于水中作為同軸電紡的內(nèi)核材料；將具有催化性能的酶或蛋白與高分子量聚合物混合溶于水中作為同軸電紡?fù)鈿げ牧希煌ㄟ^同軸電紡方法將納米纖維紡制在電極表面；經(jīng)交聯(lián)劑交聯(lián)得到三維酶電極；所述同軸電紡方法的條件為：紡絲電壓：8-30kV；液體流速：0.5-2mL/h；紡絲間距：10-100cm。

所述具有催化性能的酶或蛋白為血紅蛋白、牛血清白蛋白、葡萄糖氧化酶、半乳糖苷酶或堿性磷酸酶。

所述高分子量聚合物聚乙二醇(PEG)。

所述高導(dǎo)電性納米材料為單壁碳納米管或多壁碳納米管。

所述高導(dǎo)電性納米材料在使用之前在酸中進行純化處理。

本發(fā)明利用同軸電紡技術(shù)制備同軸納米纖維膜電極，在相對簡單的步驟下完成酶電極制備，提高酶電極表面酶固化穩(wěn)定性，改善酶電極響應(yīng)速度、提高燃料電池輸出功率。

本發(fā)明選用同軸電紡構(gòu)筑三維酶電極表面來進一步提高酶電極綜合性能。同軸電紡與一般的單噴頭紡絲裝置不同，它的噴頭由內(nèi)、外兩噴嘴嵌套而成，分別連接在裝有不同聚合物的內(nèi)、外層容器上。實驗時可對內(nèi)外層液體施加相同或不同的高壓電場，使從兩個同軸但不同直徑的噴管中噴出的芯質(zhì)和表層材料的液體為同心分層流，固化后形成同軸纖維。本發(fā)明將具有催化活性的酶的水溶液作為同軸電紡?fù)鈿ぃ酆衔锱c高導(dǎo)電性物質(zhì)作為同軸電紡內(nèi)核，可有效解決酶固定的穩(wěn)定性問題，同時保證酶與待測物的充分接觸。另外，具有良好生物相容性高導(dǎo)電物質(zhì)加入內(nèi)核中，在與酶充分接觸的情況下降低電阻、有效提高電子傳輸速率，從而提高生物傳感器和生物燃料電池的性能。

附圖說明

圖1為同軸納米纖維構(gòu)筑三維酶電極表面的裝置示意圖。

具體實施方式

圖1為同軸納米纖維構(gòu)筑三維酶電極表面的裝置，其中1為加壓口、2為待紡溶液、3為電極、4為密封塞、5為高壓電源。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：稱取一定量的具有催化性能的酶或蛋白：血紅蛋白、牛血清白蛋白、葡萄糖氧化酶、半乳糖苷酶、堿性磷酸酶；高分子量聚合物聚乙二醇(PEG)；高導(dǎo)電性納米材料：單壁碳納米管、多壁碳納米管。碳納米管是在使用之前需在一定配比的混酸中純化數(shù)小時。將聚合物及高導(dǎo)向性納米材料溶于水中作為同軸電紡的內(nèi)核材料，將酶與聚合物混合溶于水中作為同軸電紡?fù)鈿げ牧稀Ｍㄟ^同軸電紡技術(shù)將納米纖維紡制在電極表面。紡絲電壓：8-30kV；液體流速：0.5-2mL/h；紡絲間距：10-100cm。得到電極經(jīng)交聯(lián)劑交聯(lián)若干小時及得到實驗所需電極。電極在不用時可存放在4℃冰箱內(nèi)。

在上面的基本技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合實例對本發(fā)明的技術(shù)方案及效果作進一步描述。但是，所使用的具體方法、配方和說明并不是對本發(fā)明的限制。

實施例1：