纳米二氧化钛/石墨纤维复合电极在电化学生物传感器中的应用制造技术

技术编号:15219751 阅读:177 留言:0更新日期:2017-04-26 18:57
本发明专利技术公开了一种纳米二氧化钛/石墨纤维复合电极在电化学生物传感器中的应用,所述复合电极包括复合电极材料和在所述复合电极材料表面组装的生物分子,其中,所述复合电极材料包括石墨纤维和附着在石墨纤维表面的纳米二氧化钛,所述纳米二氧化钛在所述石墨纤维的表面上原位生成。本发明专利技术的电极应用于电化学生物传感器,极大提高了传感器的灵敏度和可重复性。

Application of nano titanium dioxide / graphite fiber composite electrode in electrochemical biosensor

The invention discloses a nano titania / graphite composite electrode used in electrochemical biosensors, the composite electrode includes a composite electrode material and the biological molecules, the surface of the composite electrode assembly, the composite electrode materials include graphite fiber and graphite fibers attached to the surface of nano titanium dioxide, the the nanometer titanium dioxide on the surface of the graphite fiber on in situ. The electrode of the invention is applied to the electrochemical biosensor, which greatly improves the sensitivity and repeatability of the sensor.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米二氧化钛/石墨纤维复合电极在电化学生物传感器中的应用
技术介绍
生物传感器在临床诊断、生物工程、疫病防治和环境保护等方面发挥着重要应用。其中,电化学方法以其快速、简单、廉价、高灵敏度获得了越来越多的青睐。各种构建电化学生物传感器的方法已经发展起来,如基于各种纳米材料、生物大分子和高分子材料的电化学生物传感器等。各种电化学检测手段也已经应用在电化学生物传感器中,包括方波伏安、差分脉冲伏安、循环伏安、电化学阻抗等。近年来,一维纳米二氧化钛无机材料以其优良的生物相容性、较好的电子传输能力和成熟的制备方法引起了物理、化学、材料等领域科学家的极大兴趣,一些以一维纳米二氧化钛无机材料为构筑材料的传感器件应运而生。目前的研究中,二氧化钛一维纳米材料主要通过水热法和溶胶凝胶法制备得到,再将其滴涂在电极上,通过物理吸附和化学组装生物分子修饰和设计生物传感器。常规电极如玻碳电极或金电极直径一般仅为1-3mm,表面积较小,用以进行组装或修饰的部位较少,同时在常规电极上层层组装较为复杂且不稳定容易脱落,极大程度的影响了传感器的灵敏度和可重复性。因此,本领域亟需开发一种比表面积大、易于组装或修饰且用于传感器稳定、灵敏度高的电极材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有的电极材料比表面积小、用于进行组装或修饰的部位少且在其表面组装复杂以及组装后稳定性差的缺陷,提供一种比表面积大、组装或修饰部位多且表面组装简单以及组装后稳定性好的纳米二氧化钛/石墨纤维复合电极在电化学生物传感器中的应用。本专利技术的专利技术人在研究中发现,将石墨纤维与含有钛酸四丁酯溶液进行接触,烧结后得到表面生长有二氧化钛种子层的石墨纤维,然后将得到的表面生长有二氧化钛种子层的石墨纤维与钛酸四丁酯的水溶液在酸的存在下混合并进行水热反应,能够在石墨纤维表面原位生成一维纳米二氧化钛,该复合材料作为电极材料具有较大的比表面积,易于进行组装或修饰。该电极材料应用于电化学生物传感器,能够极大提高传感器的灵敏度和可重复性。为了实现上述目的,本专利技术提供一种纳米二氧化钛/石墨纤维复合电极在电化学生物传感器中的应用,所述复合电极包括复合电极材料和在所述复合电极材料表面组装的生物分子,其中,所述复合电极材料包括石墨纤维和附着在石墨纤维表面的纳米二氧化钛,所述纳米二氧化钛在所述石墨纤维的表面上原位生成。根据本专利技术提供的复合电极材料具有较大的比表面积,使得电极表面的组装或修饰更加容易,并且组装后稳定性好,不易脱落。采用这样的电极材料组装有生物分子形成的复合电极应用于电化学生物传感器,极大提高了传感器的灵敏度和可重复性。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术,但并不构成对本专利技术的限制。在附图中:图1是本专利技术制备例1中的纳米二氧化钛/石墨纤维复合电极材料A1和商购的石墨纤维的扫描电镜SEM图,其中,a和b是商购的石墨纤维,c和d是纳米二氧化钛/石墨纤维复合电极材料A1。图2是本专利技术制备例1中的二氧化钛、石墨纤维和纳米二氧化钛/石墨纤维复合电极材料A1的X射线衍射图,其中,a为二氧化钛,b为石墨纤维,c为纳米二氧化钛/石墨纤维复合电极材料A1。图3本专利技术的实施例1(图3a)和对比例1(图3b)的循环伏安检测结果图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术,并不用于限制本专利技术。在本专利技术中,术语“原位生成”是指在石墨纤维表面成核生长。本专利技术提供了一种纳米二氧化钛/石墨纤维复合电极在电化学生物传感器中的应用,所述复合电极包括复合电极材料和在所述复合电极材料表面组装的生物分子,其中,所述复合电极材料包括石墨纤维和附着在石墨纤维表面的纳米二氧化钛,所述纳米二氧化钛在所述石墨纤维的表面上原位生成。根据本专利技术,所述复合电极是指由纳米二氧化钛/石墨纤维复合电极材料作为复合电极材料,并在其表面组装上生物分子而制得的传感器的工作电极。优选地,所述复合电极材料由石墨纤维和附着在石墨纤维表面的纳米二氧化钛组成。在本专利技术中,对于制备这样的工作电极的方法并没有特别的限定,可以为本领域常规使用的方法,例如可以包括:将纳米二氧化钛/石墨纤维复合电极材料,通过银胶粘在FTO玻璃上并接出一根电极导线,然后使用环氧树脂及四氟乙烯带进行封装,并组装上生物分子。根据本专利技术,所述纳米二氧化钛和所述石墨纤维的含量可以在较宽范围变化,优选情况下,以所述复合电极材料的总量为基准,所述纳米二氧化钛的含量为7-21重量%,所述石墨纤维的含量为79-93重量%。进一步优选情况下,以所述复合电极材料的总量为基准,所述纳米二氧化钛的含量为12-16重量%,所述石墨纤维的含量为84-88重量%。根据本专利技术,在所述石墨纤维的表面上原位生成的纳米二氧化钛可以为一维结构的纳米二氧化钛,本申请对这样的一维结构的纳米二氧化钛并没有特别的限定,例如所述纳米二氧化钛可以为二氧化钛纳米线、二氧化钛纳米棒、二氧化钛纳米管中的一种或多种。为了进一步提高电极材料的综合性能,优选情况下,所述纳米二氧化钛为二氧化钛纳米线、二氧化钛纳米棒和二氧化钛纳米管中的一种或多种。其中,在本专利技术的一种优选的实施方式中,所述纳米二氧化钛为直径为15-20nm,长度为400-500nm的纳米线。其中,在本专利技术的另一种优选的实施方式中,所述纳米二氧化钛为直径为100-150nm,长度1-1.5μm的纳米棒。其中,在本专利技术的另一种优选的实施方式中,所述纳米二氧化钛为内径为50-80nm,外径100-150nm,长度1-1.5μm的纳米管。根据本专利技术,对于所述石墨纤维也没有特别的限定,可以为本领域常规的石墨纤维,例如所述石墨纤维可以通过商购获得。在本专利技术中,所述石墨纤维可以为丝状的,例如可以为直径为5-6μm丝状纤维。根据本专利技术,上述纳米二氧化钛/石墨纤维复合电极材料的制备方法优选包括:(1)将石墨纤维与含有钛酸四丁酯的溶液进行接触,并将接触得到的产物进行煅烧,得到表面生长有二氧化钛种子层的石墨纤维;(2)在酸的存在下,将步骤(1)得到的表面生长有二氧化钛种子层的石墨纤维与钛酸四丁酯在水中混合并进行水热反应。根据本专利技术,在步骤(1)中,对于所述石墨纤维和含有钛酸四丁酯的溶液的用量并没有特别的限定,为了使得石墨纤维与含有钛酸四丁酯的溶液充分的接触,优选情况下,相对于1g的石墨纤维,所述含有钛酸四丁酯的溶液用量为30-40ml。所述含有钛酸四丁酯的溶液可以为含有钛酸四丁酯的醇溶液,所述醇可以为乙醇、甲醇、乙二醇等中的一种或多种。为了防止钛酸四丁酯的水解,所述含有钛酸四丁酯的溶液还可以含有水解抑制剂,所述水解抑制剂可以为本领域常规使用的水解抑制剂例如二乙醇胺。优选情况下,所述含有钛酸四丁酯的溶液为含有钛酸四丁酯和二乙醇胺的乙醇溶液。更优选地,在所述含有钛酸四丁酯的溶液中,钛酸四丁酯、二乙醇胺和乙醇的体积比为1:0.1-0.5:3-5。根据本专利技术,在步骤(1)中,优选情况下,所述接触的条件包括:温度为15-35℃,时间为30-40min。对于所述接触的过程并没本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米二氧化钛/石墨纤维复合电极在电化学生物传感器中的应用,其特征在于,所述复合电极包括复合电极材料和在所述复合电极材料表面组装的生物分子,其中,所述复合电极材料包括石墨纤维和附着在石墨纤维表面的纳米二氧化钛,所述纳米二氧化钛在所述石墨纤维的表面上原位生成。

【技术特征摘要】
1.一种纳米二氧化钛/石墨纤维复合电极在电化学生物传感器中的应用,其特征在于,所述复合电极包括复合电极材料和在所述复合电极材料表面组装的生物分子,其中,所述复合电极材料包括石墨纤维和附着在石墨纤维表面的纳米二氧化钛,所述纳米二氧化钛在所述石墨纤维的表面上原位生成。2.根据权利要求1所述的应用,其中,所述电化学生物传感器为电化学DNA传感器、电化学免疫传感器或电化学葡萄糖传感器。3.根据权利要求2所述的应用,其中,在所述电化学DNA传感器中,所述复合电极通过将复合电极材料与3-氨丙基三乙氧基硅烷和戊二醛交联后组装上末端氨基化的DNA探针分子而制得,将所述复合电极作为工作电极在不同浓度的互补DNA溶液中采用三电极体系通过电化学阻抗技术进行检测。4.根据权利要求2所述的应用,其中,在所述电化学免疫传感器中,所述复合电极通过将复合电极材料与3-氨丙基三乙氧基硅烷和戊二醛交联后组装上末端氨基化的抗体分子而制得,将所述复合电极作为工作电极在不同浓度的抗原溶液中采用三电极体系通过电化学阻抗技术进行检测。5.根据权利要求2所述的应用,其中,在所述电化学葡萄糖传感器中,所述复合电极通过将复合电极材料与葡萄糖氧化酶和壳聚糖接触使得复合电极材料上组装上葡萄糖氧化酶而制得,将所述复合电极作为工作电极在含有不同浓度的葡萄糖分析液中采用三电极体系通过电化学计时电流技术进行检测。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的应用,其中,以所述复合电极材料的总量为基准,所述纳米二氧化钛的含量为7-21重量%,所述石墨纤维的含量为79-93重量%;优选地,以所述复合电极材料的总量为基准,所述纳米二氧化钛的含量为12-16重量%,所述石墨纤维的含量为84-88重量...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘宏张健于欣郭伟博李爱学
申请(专利权)人:北京纳米能源与系统研究所
类型:发明
国别省市:北京;11

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