[發明專利]一種氨基酸脫氫酶電極及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010542733.3
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111855775B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 王世珍;姚光曉
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327;G01N27/48;C12Q1/00
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;秦彥蘇

本發明公開了一種氨基酸脫氫酶電極及其制備方法和應用。本發明涉及生物傳感器技術領域，尤其涉及酶電極、酶生物傳感器及其制備方法和應用。該氨基酸脫氫酶電極包括基底電極、電子傳導體、電子中介體、離子型輔酶和氨基酸脫氫酶，可實現酶分子的有效固定和酶與電極之間的電子轉移，提高酶分子催化活性和傳感器的靈敏度。本發明的氨基酸脫氫酶電極以具有良好生物相容性的導電高分子聚多巴胺修飾還原氧化石墨烯或碳納米管作為電極材料，具有制作方法簡單、檢測靈敏度高、快捷準確、穩定性和重復性好的優點，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及生物傳感器技術領域，涉及一種酶電極、酶生物傳感器及其制備方法和應用，尤其涉及一種氨基酸脫氫酶電極及其制備方法和應用。

背景技術

生物傳感器在生物醫學檢驗、疾病診斷與治療、食品分析、環境監測、工業過程檢測與控制、毒物檢測及戰爭生化預警等領域具有廣闊的應用前景。生物傳感技術產業化的瓶頸是關鍵器件和分析系統制造技術。以酶分子器件為重點，在分子設計、器件組裝、分析模型構建等方面進行創新設計并在醫療、環境、工業等重點領域進行應用示范是生物傳感器的研究熱點。

目前，氨基酸化合物的分析方法主要有毛細管電泳法、高效液相色譜法和氣相色譜法。這些方法由于需要復雜的樣品前處理過程及龐大的儀器，難以滿足有機胺物質的小型化、快速化和現場化的檢測要求。酶電極則具有準確、快速、簡便、靈敏和選擇性好等優點，為氨基酸物質的測定提供了一種有效的手段。

氨基酸脫氫酶可高效催化氨基酸氧化生成相應的酮酸，同時將NAD⁺還原為NADH(圖1)。反應過程簡潔高效，在氨基酸的酶檢測等方面具有廣闊的應用潛力。

聚多巴胺上的大量氨基，不僅可以與碳納米材料結合，也可以和蛋白酶氨基酸側鏈氨基酸(組氨酸、天冬氨酸和精氨酸等)上的功能基團(咪唑基、吲哚基和酚羥基等)進行反應。并且聚多巴胺提供生物相容性的微環境，酶與載體的多層次相互作用使胺脫氫酶緊密地結合在電極上，且二者之間也存在范德華力、氫鍵和靜電作用力，可用于高度敏感和選擇性的生物傳感器。但截至目前還未有將聚多巴胺用于制備氨基酸脫氫酶電極的報道。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供了一種氨基酸脫氫酶電極及其制備方法和應用，基于碳納米材料與聚多巴胺(PDA)復合材料的設計，構建基于氫鍵、疏水、靜電和配位作用力等多層次的相互作用力定向組裝酶，有利于提高酶的穩定性及生物敏感膜的固定，為生物分子的電化學反應提供了一個良好的微環境，構建得到新型氨基酸脫氫酶電極；同時，本發明利用氨基酸脫氫酶電極制備檢測氨基酸的生物傳感器，并以聚多巴胺高分子材料作為電極輔助材料，具有良好生物相容性且能在酶和電極之間的直接電子轉移方面起促進作用，實現酶分子的有效固定和酶與電極之間的電子轉移，提高酶分子催化活性和傳感器的靈敏度，從而實現對氨基酸的高靈敏檢測。本發明的氨基酸脫氫酶電極與傳統的酶電極比較，具有檢測靈敏度高、快捷準確、穩定性和重復性好等優勢。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案之一是：

一種氨基酸脫氫酶電極，包括基底電極、電子傳導體、電子中介體、離子型輔酶(NADH-IL)和氨基酸脫氫酶(AaDH)；所述電子傳導體包括還原氧化石墨烯(rGO)或碳納米管，還包括聚多巴胺(PDA)和納米金(AuNPs)；所述氨基酸脫氫酶的基因序列如SEQ ID No.1所示；所述氨基酸脫氫酶包埋固定于所述電子傳導體。

一實施例中：所述基底電極為玻碳電極、熱解石墨電極、碳糊電極或金屬電極；優選為玻碳電極。

一實施例中：所述電子中介體為5-甲基吩嗪硫酸甲酯(PMS)、甲苯胺藍、麥爾多拉藍或亞甲基藍中的至少一種。

一實施例中：所述離子型輔酶NADH-IL以煙酰胺輔酶NADH為陰離子，以咪唑作為陽離子；作為陽離子的所述咪唑例如為1-丁基-3-甲基咪唑。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案之二是：