[發(fā)明專利]一種基于納米多孔金-導(dǎo)電聚合物的生物電極的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310060372.9
• 申請(qǐng)日: 2013-02-26
• 公開（公告）號(hào): CN103149258A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 司鵬超;肖鑫鑫;李輝;王蒙恩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/327
• 分類號(hào): G01N27/327
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 楊琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米多孔金屬基導(dǎo)電聚合物包覆生物酶分子的生物電極的制備方法，可用于血糖、乙醇等的檢測(cè)以及生物燃料電池的電極。

背景技術(shù)

基于納米材料的酶生物傳感器，因其具有靈敏度高、準(zhǔn)確度高、選擇性好、檢測(cè)限低、價(jià)格低廉、穩(wěn)定性好、能在復(fù)雜的體系中進(jìn)行快速、在線連續(xù)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，在生物傳感器領(lǐng)域研究中占有重要的地位；同時(shí)，酶生物燃料電池原料來源廣泛，能夠在常溫常壓和中性溶液環(huán)境中工作，是一種可再生的綠色能源，雖然能量密度低，但能夠確保各種袖珍電子裝置的用電，在疾病的診斷和治療、環(huán)境保護(hù)以及航空航天等領(lǐng)域具有誘人的應(yīng)用前景。

目前碳納米材料（如碳納米管、石墨烯）和金屬納米粒子（尤其金、銀、鉑等貴金屬納米粒子）在生物傳感器中的應(yīng)用得到了非常廣泛的研究。納米多孔金相對(duì)密度小、比表面大、導(dǎo)電率高，且生物相容性好，為酶的固定提供了大量尺寸合適的空隙，將會(huì)極大提高傳感器的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于納米多孔金-導(dǎo)電聚合物的生物電極的制備方法，該方法具有高靈敏度、高選擇性以及快速響應(yīng)的特性，并且該方法適用于多種氧化酶電極的構(gòu)建（如葡萄糖氧化酶、辣根氧化酶等）。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于納米多孔金-導(dǎo)電聚合物的生物電極的制備方法，包括步驟如下：

（1）制備納米多孔金；

（2）配制電聚合溶液，將導(dǎo)電聚合物單體3,4乙烯二氧噻吩、生物酶、表面活性劑、支持電解質(zhì)高氯酸鋰使用pH為7.0的磷酸緩沖液溶解，濃度組成為：3,4乙烯二氧噻吩10-30mmol?L^-1、生物酶10-50mg?ml^-1、表面活性劑1-20mmolL^-1、高氯酸鋰50-500mmolL^-1，通氮?dú)獬酰?/p>

（3）采用循環(huán)伏安法對(duì)納米多孔金電極進(jìn)行預(yù)活化：以硫酸溶液為電解質(zhì)，參比電極為飽和甘汞電極，進(jìn)行伏安掃描，電壓窗口控制在-0.5V到1.5V之間，掃描速度為80-100mV/s掃描圈數(shù)10-50圈；

（4）電聚合，對(duì)預(yù)活化后的納米多孔金電極采用循環(huán)伏安法掃描，以步驟（2）電聚合溶液為電解質(zhì)，以銀氯化銀電極為參比電極，電壓窗口控制在0V到1.8V之間，掃描速度為10-200m?V?s^-1，聚合圈數(shù)1-10圈。

上述步驟（1）中納米多孔金可使用脫合金、陽極氧化、電化學(xué)腐蝕等方法制備，本專利中使用對(duì)金銀合金進(jìn)行化學(xué)腐蝕，脫合金得到孔徑適合、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、連續(xù)的納米多孔結(jié)構(gòu)。在20℃-35℃之間，用濃硝酸對(duì)金銀合金進(jìn)行自由腐蝕，腐蝕20min—40min，以制取納米多孔金，將納米多孔金置于玻碳電極上，充分干燥。

步驟（2）所述的生物酶為葡萄糖氧化酶。所述的表面活性劑為十二烷基硫酸鈉或者聚乙二醇。

步驟（3）所述的硫酸溶液濃度范圍0.1-1M，優(yōu)選電壓窗口控制在-0.24V到1.5V，掃描速度為100mV?s^-1。

上述步驟（4）優(yōu)選電壓窗口控制在0V到1.5V，掃描速度為為100m?V?s^-1。

本發(fā)明中步驟（2）電聚合溶液體系使用水系，而非有機(jī)溶劑（如本課題組之前申請(qǐng)的用作超級(jí)電容器的納米多孔金上生長(zhǎng)的導(dǎo)電聚合物使用的是乙腈溶液（申請(qǐng)?zhí)朇N201210356113.6）），有機(jī)溶劑會(huì)抑制酶的生物活性。磷酸緩沖液為酶提供適宜的pH值，表面活性劑可以促進(jìn)親油性的聚合物單體的水溶性，使單體在水相中較好分散，形成散布較好的膠束體系。

與現(xiàn)有技術(shù)比本發(fā)明通過一步聚合生物酶構(gòu)建生物傳感器的方式方便快捷、酶負(fù)載穩(wěn)定、可控性強(qiáng)，本發(fā)明是首次在納米多孔金基底上實(shí)現(xiàn)，由于其較高的比表面積可提高酶的負(fù)載量，而其特殊的納米多孔結(jié)構(gòu)對(duì)聚合條件的要求是異于平板金的，本發(fā)明摸索出了一種最佳的路線。

本發(fā)明傳感器經(jīng)過調(diào)節(jié)聚合溶液中導(dǎo)電聚合物單體、生物酶、表面活性劑以及支持電解質(zhì)的使用比例，控制電聚合參數(shù)，得到較佳的傳感性能。以負(fù)載葡萄糖氧化酶為例，該生物傳感器專一檢測(cè)葡萄糖，檢測(cè)電位可低至150mV（參比與飽和甘汞電極），靈敏度可達(dá)到6.74μAmM^-1cm^-2。

附圖說明

圖1導(dǎo)電聚合物聚合到納米多孔金上SEM圖（左側(cè)為聚合2圈，右側(cè)為裸多孔金）；

圖2納米多孔金電極在硫酸溶液中的活化曲線（取第20圈）；

圖3為一步電聚合的循環(huán)伏安曲線；