[發明專利]一種基于表面處理的TiO2納米點陣列的電化學生物傳感器工作電極

無效

• 申請號: 201210123478.4
• 申請日: 2012-04-25
• 公開（公告）號: CN102645475A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 翁文劍;李倩;程逵;杜丕一;韓高榮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及一種電化學生物傳感器工作電極，尤其是基于表面處理的TiO₂納米點陣列的電化學生物傳感器工作電極。

背景技術

電化學生物傳感器是將生物活性材料與電化學換能器（即電化學工作電極）結合起來的生物傳感器。由于酶的催化高效、專一，反應條件溫和及化學放大作用等，使其成為電化學生物傳感器中使用最為普遍、也最具代表性的生物活性材料。目前最為理想的生物傳感器（第三代生物傳感器）是利用酶與工作電極間的直接電子轉移來完成信號轉換，基于這種原理制備得到的傳感器無需其他媒介物，操作簡單且無毒(Niina?J.?Ronkainen?et?al.?Chem.?Soc.?Rev.,?39?(2010)?1747?)。但是通常酶的氧化還原中心深埋在蛋白質殼內，很難與電極之間實現直接電子轉移；且酶與電極吸附固化時容易造成酶的失活與脫落。

納米材料由于其比表面積大，表面活性中心多，且已有文獻報道將納米材料制備在電極上，可以實現酶與電極間的直接電子轉移，提高催化性能（Shu-Juan?Bao?et?al.?Adv.?Funct.?Mater.,?18?(2008)?591）。在眾多的納米材料中，零維TiO₂納米材料由于其具有高曲率半徑、高表面活性、優異的生物相容性以及穩定的化學性能，特別利于酶的吸附以及酶與導電基板間的直接電子傳輸，因此零維TiO₂納米材料可用于改善電化學電極的表面特性，提高生物傳感器的靈敏度和穩定性，但其較弱的導電能力使傳感性能有一定的局限性。通過對其進行表面處理，有效地摻雜以及形成陽離子缺陷，可改善半導體納米材料導電性較差的問題，可做為非常有應用前景的生物傳感器電極材料。

發明內容

本發明的目的是提供一種導電性較好的基于表面處理的TiO₂納米點陣列的電化學生物傳感器工作電極。

本發明的基于表面處理的TiO₂納米點陣列的電化學生物傳感器工作電極，通過以下制備步驟獲得：

1)?采用分相自組裝法于導電基板上制備TiO₂納米點陣列，納米點平均直徑為82?nm，密度為?1.25?×10^14?m^-2，將其放入管式爐中，在CO氣氛中500℃熱處理15min～60min后，用環氧樹脂封裝，露出0.3?×?0.3?cm2作為工作電極；

2)?將酶溶于0.01M?磷酸鹽緩沖液（PBS）中，制備成10?mg?mL^-1的酶溶液。取4μL酶溶液滴加在步驟1)的工作電極上，室溫干燥后滴加4?μL?0.5?wt.%的Nafion溶液，并于4?℃保存至少12h，得到電化學生物傳感器工作電極。

本發明中，所述的導電基板可以是ITO基板、FTO基板、重摻Si基板或Ti基板。所述的酶可以是辣根過氧化物酶、血紅蛋白或葡萄糖氧化酶。

本發明通過分相自組裝法可在各種導電基板上獲得分布均勻的TiO₂納米點陣列，經CO氣氛熱處理后，由Nafion及酶修飾便可用做電化學生物傳感器工作電極，制備方法簡單且重復性高。本發明制備的電化學生物傳感器工作電極的靈敏度高，并且可以通過改變CO氣氛熱處理的時間對電化學線性測試范圍進行調控，以適用于不同需求的測試，可以廣泛應用于醫療檢測、環境監測及食品安全等領域。

附圖說明

圖1是TiO₂納米點陣列的SEM圖片。

具體實施方式

實施例1???

1)?采用分相自組裝法在ITO基板上制備TiO₂納米點陣列，納米點平均直徑為82?nm，密度為?1.25?×10^14?m^-2（見圖1），將其放入管式爐中，在CO氣氛中500℃熱處理15min后，用環氧樹脂封裝，露出0.3?×?0.3?cm2作為工作電極；

2)?將辣根過氧化物酶(HRP)溶于0.01M?PBS中，制備成10?mg?mL^-1的HRP溶液。取4μL?HRP溶液滴加在步驟1)的工作電極上，室溫干燥后滴加4?μL?0.5?wt.%的Nafion溶液，并置于4℃冰箱中保存12h，得到電化學生物傳感器工作電極。

該工作電極的生物傳感靈敏度為1532?μA?mM^-1?cm^-2,?線性測試范圍為575~?1320μM。