[發(fā)明專利]基于石墨烯量子點的類過氧化物酶催化特性的葡萄糖檢測方法

有效

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• 申請日: 2014-05-14
• 公開（公告）號: CN104048957B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發(fā)明（設計）人: 邱建丁;張慧;張立;梁汝萍
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: G01N21/78
• 分類號: G01N21/78;G01N21/31
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于石墨烯量子點的類過氧化物酶催化特性的葡萄糖檢測方法，屬于光學傳感技術領域。

背景技術

天然酶是在生物體內存在的、有效的生物催化劑。由于它們具有很高的生物專一性和催化活性，被應用于醫(yī)藥、生物技術、化學工業(yè)和環(huán)境科學等領域。在這些天然酶中，過氧化物酶因為可以催化過氧化氫進行各種化學反應，被廣泛應用于分析診斷學等領域。辣根過氧化酶是一種最常見的過氧化物酶，常被用于雙氧水和葡萄糖的檢測中。但是，天然酶的催化活性容易受pH、溫度等自然環(huán)境改變的影響。此外，酶的提取、純化和儲存費用也都比較高。因此，研究新的、有效的、可用于實際應用的過氧化物酶仿生物具有重要意義。

石墨烯量子點（GQD）是一種粒徑小于100 nm的石墨烯片，具有良好的光學和電子特性，且分散好、熒光強、低毒、生物相容性好。這些性質使GQD被廣泛應用于生物成像、生物傳感和光伏器件中。但是，目前關于GQD的研究都是基于其表面的羧基或者電荷而設計的，有關GQD催化活性的研究仍較少。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供了一種基于石墨烯量子點的類過氧化物酶催化特性的葡萄糖檢測方法。

本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，將葡萄糖氧化酶（GOx）和葡萄糖溶液混合，利用GOx對葡萄糖的催化反應產生雙氧水（H₂O₂）；再加入GQD和還原型四甲基聯(lián)苯胺（TMB）的混合溶液，GQD催化H₂O₂發(fā)生還原，同時，TMB被氧化為氧化型TMB（oxTMB），溶液由無色變?yōu)樗{色，在652 nm處產生紫外吸收峰；葡萄糖濃度越大，GOx催化葡萄糖產生的H₂O₂越多，在GQD的催化作用下，生成的oxTMB量越多，溶液的藍色越深，吸光度增大，建立了基于GQD的類過氧化物酶催化特性的葡萄糖檢測方法。此外，GOx對葡萄糖催化的選擇性以及GQD對H₂O₂的良好催化活性，可實現(xiàn)對葡萄糖的靈敏性和選擇性檢測。

本發(fā)明采用以下技術方案：

（1）氧化石墨烯（GO）的制備：將0.5 g石墨粉和0.5 g硝酸鈉加入到23 mL質量百分濃度為98%的濃硫酸中，在冰浴條件下攪拌均勻，再慢慢加入3 g高錳酸鉀，在35 °C水浴中攪拌至溶液形成棕色糊狀物，加入40 mL超純水并繼續(xù)攪拌30分鐘，再加入100 mL超純水后，逐滴滴入質量百分濃度為30%的雙氧水，直至溶液顏色變?yōu)榱咙S色為止；將產物趁熱過濾并用超純水清洗至濾液為中性，在真空干燥箱中50 °C干燥，即制得氧化石墨烯；

（2）石墨烯片的制備：將氧化石墨烯置于管式爐中，氮氣保護下，于300 °C還原2小時，冷卻至室溫，即制得石墨烯片；

（3）GQD的制備：將0.05 g石墨烯片置于體積比1:3的質量百分濃度分別為98%和68%的濃硫酸和濃硝酸的混合溶液中超聲17小時，加入250 mL超純水稀釋，用0.22 μm的微孔濾膜抽濾至中性為止；將濾餅溶于20 mL超純水中，用NaOH調節(jié)溶液的pH為8左右，將溶液轉移到高壓反應釜中于200 °C反應12小時，冷卻到室溫；將得到的溶液用0.22 μm的微孔濾膜過濾除去大體積的石墨烯片，得到的棕色濾液即為GQD溶液。

（4）葡萄糖檢測：將GOx和葡萄糖溶液混合，在37 °C反應30分鐘，GOx催化葡萄糖反應產生H₂O₂；再加入GQD和TMB的混合溶液，室溫下反應1小時，在GQD的催化作用下，H₂O₂發(fā)生還原，同時將TMB氧化為oxTMB，使得溶液由無色轉變?yōu)樗{色，在652 nm處產生明顯的紫外吸收峰；葡萄糖濃度越大，產生的H₂O₂越多，在GQD的催化作用下，生成的oxTMB量越多，溶液的藍色越深，652 nm處的吸光度增大，吸光度增大的程度與葡萄糖濃度在1-100 μM范圍內呈線性關系，對葡萄糖的檢測限為0.1 μM，表明本發(fā)明建立的傳感器可用于對葡萄糖的快速和靈敏檢測。

本發(fā)明的技術效果是：本發(fā)明利用在氧氣存在下GOx催化葡萄糖產生H₂O₂，進而結合GQD的類過氧化物酶的催化特性，在催化H₂O₂還原的同時，使TMB發(fā)生氧化而顯色，根據(jù)溶液顏色的加深以及紫外吸收強度的增大，可實現(xiàn)葡萄糖的快速、靈敏性和選擇性檢測，具有良好的應用前景。