[發明專利]一種負載生物酶的溫度刺激響應酶陽極的制備方法

有效

• 申請號: 201711200050.4
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN108132285B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 馬曉燕;屈楓錦;惠昱晨;索鴻飛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;G01N27/327;G01N27/48
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種負載生物酶的溫度刺激響應酶陽極的制備方法，電鍍金層之前碳紙的導電性與親水性通過電化學的方法進行了改善，有利于金均勻地鍍在碳紙纖維的表面，得到多孔、柔性、成本較普通金電極更為低廉的電極；以表面引發原子轉移自由基聚合的方法，可控地在電極表面接枝上聚合物鏈段，最后利用共價鍵將酶分子固定在電極表面。本發明使用導電性能優異，比表面積大的碳紙作為基底材料，以保證電極的電性能和化學性能。所使用的碳紙基底材料在經過電化學處理之后其親水性能大大增強，有利于生物酶的固定及穩定性。所制備的電極有望作為植入體內可“開/關”智能生物酶燃料電池的陽極。

技術領域

本發明屬于電催化電極的制備技術領域，涉及一種負載生物酶的溫度刺激響應酶陽極的制備方法。

背景技術

酶生物電極是以生物活性酶代替貴金屬催化劑構筑的電極。該電極可在生理體液環境下催化底物進行氧化-還原反應，并將其得失電子轉換成電信號輸出。以該酶電極可以構筑酶型生物傳感器或者酶生物燃料電池。生物傳感器是一種將生物物質作為底物，將其濃度轉換為電信號進行檢測的儀器，在食品、制藥、化工、臨床檢驗、生物醫學、環境監測等方面都有廣泛的應用前景。而酶生物燃料電池是目前最具潛力的可用于植入體內小型醫療器械的綠色、可再生微型燃料電池，可以為心臟起搏器、神經刺激器、植入體內的生物傳感器、醫療診斷裝置等提供持續不斷的電能，是這一領域研究者們關注的焦點。

作為植入體內的醫療器械，一般需要在某種病理條件下具有自動可“開/關”的功能。而構建可對外界某種刺激做出響應的酶電極，是構建具有可“開/關”功能酶生物燃料電池，實現醫療器械智能化的關鍵。然而，目前的酶電極本身載酶量低、電子傳遞效率低、酶易脫落，以此構建的酶燃料電池不可避免地遇到開路電壓低、功率密度低、穩定性差等應用瓶頸。其次，響應性酶電極的電化學響應性一般依靠電極表面具有刺激響應性聚合物刷實現，但刺激響應性聚合物一般不導電，當其存在于電極表面時，就會進一步影響到酶電極的導電性以及載酶量，降低電子在酶活性中心與電極表面間的傳遞效率。要解決這些問題，就要調控響應性聚合物刷在電極表面的分布密度及分子聚集狀態，在保證電極刺激響應性的同時，設法提高載酶量，最大程度提高電極的導電性。但是，當前人們大都采用在電極表面滴涂響應性聚合物、將聚合物直接接枝在電極上或在電極表面通過自由基聚合、電聚合等方法制備響應性薄膜，這些方法制備的聚合物膜厚度、接枝率、聚合物刷的結構等較難控制，電極刺激響應性與電極電性能之間的關系難以調控。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種負載生物酶的溫度刺激響應酶陽極的制備方法，制備的電極表面接枝聚合物的結構可控、響應靈敏，電極表面酶負載量較大并且負載穩定，可以作為植入體內可“開/關”智能生物酶燃料電池的陽極。

技術方案

一種負載生物酶的溫度刺激響應酶陽極的制備方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、清洗碳紙：將碳紙在無水甲醇中超聲10～50min，超純水沖洗碳紙表面，室溫晾干；

步驟2、碳紙的改性：以碳紙為工作電極，鉑柱電極為對電極，飽和銀/氯化銀電極為參比電極構筑三電極體系，在濃度為0.025～0.1M，pH值為6～8K₂HPO₄-KH₂PO₄緩沖溶液中，攪拌速率為200～500rpm，先采用循環伏安法進行掃描，掃描電位范圍為-0.5～3V，掃描速率為0.01～0.5V s^-1，掃描圈數2～20圈，再在同一溶液中向工作電極施加-0.8～-1.2V的恒電壓50～200s，完畢后得到導電性與親水性大大改善的碳紙電極，超純水沖洗電極表面，室溫晾干得到導電碳紙；