[發明專利]一種水滑石碳紙復合材料的制備方法及其作為生物傳感器的應用

有效

• 申請號: 201410371593.2
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104132983A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 海波;鄒應全;楊遇春;晏凱
• 申請（專利權）人: 北京師范大學;深圳市容大感光科技股份有限公司
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 張水俤

技術領域

本發明屬于電化學生物傳感器制備技術領域，特別涉及采用原位生長的方法制備一種水滑石碳紙復合材料并將其應用于制備生物傳感器。

背景技術

高速，高效，靈敏，輕便的特點，使電化學傳感器的研發一直是電化學領域的一大研究熱點。生物傳感器中的核心組分是生物分子識別原件，在常見的三電極體系中即為工作電極，工作電極首要條件即為需具備高導電性，抗腐蝕性等，所以大量科研工作者們都選擇采用現成的玻碳電極或者貴金屬電極等，把研究重點放在電極的修飾方面。但是長久以來，研發的這一類電化學傳感器在應用領域顯現出了一定的局限性，這主要是因為：(1)所使用的玻碳電極或者貴金屬電極本身的成本就比較高；(2)這一類即成電極由于清潔拋光的需要，表面都非常光滑，比表面積非常小，這使這一類生物傳感器的檢測靈敏度都很難有顯著地提高；(3)電極尺寸形狀都是固定的，因此對檢測裝置的容積形狀都形成有一定的限制。

為了解決上述問題，學者們開始逐漸關注電極基底材料的革新。結構特點及電性能各異的材料，被用做電極基底，通過不同的電極修飾方法，制備出了各具特點的電化學電極。

在文獻Nature?Communications,2013,3169中，Xingyou?Lang等人采用金線做為電極基底材料，通過合金化/脫合金化的步驟在金線表面刻蝕出孔道結構，再通過水熱的方法，在孔道表面負載氧化鈷顆粒，將合成出的復合物金線做為工作電極，制備電化學無酶傳感器。該傳感器對底液中的葡萄糖進行無酶檢測時表現出了極高的靈敏度和快速的響應時間，作者分析這與金基底和氧化鈷的復合作用有關。但是，這種方法，選用的基底材料昂貴，制備過程繁瑣并成本高昂。

在文獻Electrochimica?Acta,2014,120,314-318中，Yingyi?Fu等人以導電玻璃作為基底材料，采用離子注入的方法制備了金納米顆粒與導電玻璃的復合電極，通過對堿性底液中葡萄糖含量的定量分析，衡量做制備復合材料的電催化性能。這種復合電極基底材料便宜，制備過程也相對簡便，但復合電極的電催化性能卻只能達到中等水平。

發明內容

本發明的目的是提供一種水滑石碳紙復合材料的制備方法，并將其直接應用于電化學無酶傳感器的工作電極，具有高靈敏度，使用靈活的特點。

本發明所述的水滑石碳紙復合材料是以碳紙為基底材料，先在碳紙表面沉積AlOOH薄層，再經過原位生長的方法，在碳紙表面生長出多孔水滑石薄膜；所述的多孔水滑石薄膜由垂直于碳紙表面的水滑石片組成，多孔水滑石薄膜的厚度范圍是0.1-1μm，水滑石片之間的水平距離為5-300nm；所述的水滑石片是由二價金屬陽離子、鋁離子和氫氧根以共價鍵構成八面體，通過共邊形成片狀結構，水滑石片的厚度范圍是5-35nm，徑向尺寸范圍是10-300nm。

所述的水滑石片的化學組成為[M²⁺_1-βAl³⁺_β(OH)₂]^β+；M²⁺代表二價金屬陽離子Ni²⁺、Co²⁺中的一種，較佳的為Ni²⁺；1-β和β分別為二價金屬陽離子、Al³⁺的物質的量分數，且0.2≤β≤0.4；β⁺為水滑石片所帶正電荷量。

本發明所述的水滑石碳紙復合材料的制備方法為：

1)將碳紙依次浸入乙醇、丙酮、二次水中分別超聲清洗15-30分鐘，在常溫下自然晾干；

2)然后將碳紙浸入到AlOOH膠體溶液中，5-15分鐘后取出，用N₂吹干，完成一層AlOOH的沉積；

3)重復步驟2)操作5-60次，在碳紙表面沉積不同厚度的AlOOH薄層；

4)將表面沉積AlOOH薄層的碳紙浸入到反應底液中，密封，升溫到65-95℃，16-36小時后取出，乙醇淋洗，50-60℃干燥，即得水滑石碳紙復合材料。

所述的AlOOH膠體溶液的制備方法為：