[發(fā)明專利]一種基于潮解型聚電解質(zhì)的全固態(tài)乙醇?xì)怏w傳感器酶電極及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210532885.0
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN102944597A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王會才;于璐洋;王楠
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;G01N27/327
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于潮解型聚電解質(zhì)的全固態(tài)乙醇?xì)怏w傳感器酶電極及其制作方法。

背景技術(shù)

隨著人類對自身健康的重視程度和對生態(tài)環(huán)境的關(guān)注日益加深，對氣體的監(jiān)測控制提出了更高的要求，這為氣體傳感器的研究、開發(fā)和生產(chǎn)提供了機遇和挑戰(zhàn)，也給氣體傳感器提出了新的研究課題。為了滿足這些要求，氣體傳感器必須具有較高的靈敏度和選擇性，重復(fù)性和穩(wěn)定性好，能批量生產(chǎn)，性價比高等特點。但傳統(tǒng)的氣體傳感器由于其本身材料的限制，單一氣體傳感器的特異選擇性都比較差，只有很少數(shù)的氣體傳感器陣列，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為后期數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的方法，可以在一定程度上實現(xiàn)對氣體的選擇性識別，即使如此其整體性能仍依賴于單一傳感器元件的性能，傳感器陣列的選擇性受到了很大限制。因此，提高氣體傳感器特異性，對于氣體傳感器的推廣應(yīng)用具有重要意義。

生物傳感器最突出的特點是特異性，將生物識別分子與氣體傳感器相結(jié)合，將可望獲得高特異性的氣體傳感器。在生物氣體傳感器研究中，目前還主要依賴于氣/液界面上的酶催化反應(yīng)來進(jìn)行(Anal.Chem，(1994)，66，3297-3302；Sens.Actuators?B，(2002)，83，(1-3)，35-40；Sens.Actuators?B，(2005)，108，(1-2)，639-645；Sens.Actuators?B，(2000)，70，(1-3)，182-187；Biosens.&Bioelectron.，(2002)，17，(5)，389-394；Biosens.Bioelectron.，(2002)，17，(5)，427-432；Sens.Actuators?B，(2001)，81，(1)，107-114；Biosens.Bioelectron.，(2002)，17，(9)，789-796)，并未真正實現(xiàn)氣相中氣體樣品的檢測，這些方法不可避免地會發(fā)生電解質(zhì)蒸發(fā)或泄露，導(dǎo)致傳感器信號的衰減(Sens.Actuators?B，(2005)，107，812-817)，而且器件制備復(fù)雜，不利于微型化、智能化與集成化。我們利用絲網(wǎng)印刷三電極體系結(jié)合固態(tài)聚合物電解質(zhì)，構(gòu)建了全固態(tài)乙醇?xì)怏w傳感器(20111046159.8)，實現(xiàn)了乙醇?xì)怏w在氣/固界面上的檢測，但是生物氣體傳感器的響應(yīng)仍受到水分含量的制約，本發(fā)明利用具有潮解性質(zhì)的聚電解質(zhì)為酶的固定化載體和固態(tài)電解質(zhì)，維持酶分子較高的催化活性，同時實現(xiàn)反應(yīng)過程中的電荷傳遞，構(gòu)建了新型生物氣體傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有乙醇?xì)怏w生物傳感器在檢測中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于潮解型聚電解質(zhì)的全固態(tài)乙醇?xì)怏w傳感器酶電極及其制作方法，用該方法制得的酶電極從整體上提高了生物傳感器的各項性能和實用性。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的全固態(tài)乙醇?xì)怏w生物傳感器用的酶電極具有絕緣材料基體，在基體表面絲網(wǎng)印刷有工作電極、參比電極和對電極，電極中間涂覆一層碳酸酯絕緣體，工作電極上涂覆有由石墨烯、潮解型聚電解質(zhì)和乙醇氧化酶組成的反應(yīng)層，然后在工作電極、參比電極和對電極之間涂覆潮解型聚電解質(zhì)薄膜。

全固態(tài)乙醇?xì)怏w生物傳感器用的酶電極的制作方法，包括以下步驟：

1)潮解型聚電解質(zhì)的制備

a.在100mL三口燒瓶中，按照1∶1(mol∶mol)的比例將二乙烯三胺和丙烯酸甲酯加入到一定量的甲醇中，反應(yīng)12h；然后在減壓狀態(tài)下，升溫至30℃反應(yīng)1h，在60℃下反應(yīng)1h，在100℃下反應(yīng)2h，在120℃下反應(yīng)3h，140℃下減壓反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后，用無水乙醇稀釋，并在大量乙醚中洗滌、沉淀，真空干燥，得到超支化聚酰胺；

b.在100mL三口燒瓶中，將超支化聚酰胺與去離子水、甲酸、甲醛按照1∶10∶7∶7(g/g)的比例混合，75℃回流反應(yīng)一定時間，然后用乙醚多次洗滌、沉淀，真空干燥；

c.將上述b中的產(chǎn)物溶于50mL甲醇中，然后加入一定量的鹵代烷烴，50℃反應(yīng)一定時間，產(chǎn)物經(jīng)甲醇溶解，乙醚沉淀多次提純，真空干燥，得到潮解型聚電解質(zhì)。

2)清洗表面具有工作電極、參比電極和對電極的陶瓷或聚氯乙烯基體，烘干備用；

3)將3～6mg/mL的乙醇氧化酶、0.5～3mg/mL的石墨烯、5～20mg/mL潮解型聚電解質(zhì)和體積比為2％的戊二醛震蕩混合均勻，然后取3～10μL滴涂在工作電極表面，自然晾干，形成反應(yīng)層；

4)將體積比為2～5％的潮解型聚電解溶液均勻涂覆在工作電極、參比電極和對電極之間，自然晾干后得到酶電極。

本發(fā)明的優(yōu)點是：