一种基于纳米复合材料的血红蛋白电化学传感器的制备及应用制造技术

技术编号:17777792 阅读:46 留言:0更新日期:2018-04-22 05:23
本发明专利技术公开了一种基于纳米复合材料的血红蛋白电化学传感器的制备方法及电催化应用。以离子液体碳糊电极(CILE)为基底电极,通过分层滴涂法将还原氧化石墨烯@四氧化三铁(rGO@Fe3O4)纳米复合材料和血红蛋白(Hb)溶液依次负载于CILE表面,并用Nafion加以固定制得Nafion/血红蛋白/还原氧化石墨烯@四氧化三铁/离子液体碳糊电极(Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE)。通过循环伏安法和交流阻抗法等电化学方法研究了所述传感器的电化学性能,并应用于三氯乙酸(TCA)和亚硝酸钠(NaNO2)的电化学催化,结果表明该修饰电极不仅能够快速检测TCA和NaNO2,而且具有较低的检测限(检测限分别为1.67mmol/L和13.33µmol/L)。本发明专利技术所述电化学传感器具有良好的灵敏度和稳定性,而且制备工艺简单,成本低廉,使用方便。

【技术实现步骤摘要】
一种基于纳米复合材料的血红蛋白电化学传感器的制备及应用
本专利技术涉及一种基于纳米复合材料的血红蛋白电化学传感器(Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE)的制备方法及应用,涉及电化学生物传感器和修饰电极电化学分析领域。
技术介绍
以无媒介体的氧化还原蛋白质和酶的直接电化学行为为基础,利用酶与电极之间的直接电子转移为检测特征的第三代电化学生物传感器,因其制作过程简单,灵敏度高,检测范围广,检测限低等优点,成为当前最理想的生物传感器,并广泛应用于电化学与电分析化学研究。血红蛋白(Hemoglobin,Hb)是一类主要存在于脊椎动物中的近似球形的氧化还原蛋白质,在高等生物体内承担着储存和运输氧的重要任务。Hb分子中存在一对氧化还原电对(Fe3+/Fe2+),当铁原子呈二价时,称之为亚铁血红蛋白,可与氧可逆结合,当铁原子呈三价时,则称之为高铁血红蛋白,不具有结合氧的能力。通过研究Hb在修饰电极复合膜内的直接电化学行为,可以揭示出生物体内的氧化还原反应机理及其电子转移过程。但由于氧化还原蛋白质的电活性中心被深埋在其结构内部,很难与电极发生直接的电子传递,从而影响其直接电化学行为。因此,多种化学修饰电极被用来提高电极表面电子转移速率。纳米材料具有高比表面积、优良的生物相容性以及高表面自由能等独特性质,在化学催化、生物医药、电子信息等方面具有广阔的应用前景。氧化石墨烯(GrapheneOxide,GO),具有与石墨烯(Graphene,GR)相似的空间结构,其表面分布着不同种类的含氧官能团,具有比表面积大、在水中的分散性好和表面官能团丰富等优点。通过溶剂热还原法、高温热还原法和化学还原法等不同的方法可将其还原制成还原氧化石墨烯(reducedgrapheneoxide,rGO),使其电化学性能得以大幅度提升,此外,还能够与其他材料形成的纳米复合材料,发挥良好的协同作用。本专利技术构建了一种基于纳米复合材料的血红蛋白电化学传感器,克服了前两代酶传感器线性范围窄、受测定体系限制、制作电极过程复杂、介体材料易污染等诸多缺点。本专利技术以离子液体碳糊电极(CILE)为基底电极,以氧化还原石墨烯-四氧化三铁(rGO@Fe3O4)纳米复合材料为电子转移促进剂,采用分层滴涂法分别将rGO@Fe3O4纳米复合材料和Hb修饰在CILE表面,最后滴涂Nafion固定制得相应的修饰电极(Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE)。通过多种电化学方法对该修饰电极进行表征分析,并将该修饰电极成功地应用于TCA和NaNO2含量的快速测定。
技术实现思路
本专利技术涉及一种基于纳米复合材料的血红蛋白电化学传感器(Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE)的制备方法及应用。血红蛋白电化学传感器Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE的制备方法,其特征在于以下步骤:(1)离子液体碳糊电极(CILE)的制备:称取质量比为2:1的石墨粉和离子液体HPPF6,于研钵中混合研磨均匀,将研磨好的碳糊填入玻璃电极管中,插入铜丝作为导线,将固体混合物压实即得CILE,使用前将电极表面打磨成光滑镜面;(2)血红蛋白电化学传感器Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE的制备:配制一定浓度的rGO@Fe3O4溶液,超声分散均匀,取4~10μL滴涂在CILE表面,室温自然晾干后再滴涂6~10μL一定浓度Hb溶液,并于室温自然晾干,最后滴涂4~10μL0.5%Nafion溶液加以固定,室温晾干后即得修饰电极Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE;(3)修饰电极应用于三氯乙酸(TCA)和亚硝酸钠(NaNO2)的电化学检测:以CHI660D型电化学工作站(上海辰华仪器公司)为测试仪器,以Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE为工作电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,铂电极为辅助电极组成三电极系统,并置于经30min通N2除氧的pH3.0PBS中;研究TCA和NaNO2在修饰电极Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE上的电化学行为,扫描速度为100mV/s。实验结果表明该修饰电极对TCA和NaNO2有较强的电催化活性,能够快速响应并具有较低的检测限。本专利技术的有益效果是:提出了一种基于rGO@Fe3O4纳米复合材料的血红蛋白电化学传感器(Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE)的制备方法。所述修饰电极制备方法简单,选择性好,电化学窗口宽,表面易于更新,导电性能和生物相容性好。实验结果表明修饰电极Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE能够应用于TCA和NaNO2的快速电催化检测,具有操作简单,催化活性高,灵敏度高等诸多优点。附图说明图1为rGO@Fe3O4纳米复合材料的扫描电子显微镜图。图2为不同修饰电极(a)rGO@Fe3O4/CILE,(b)Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE,(c)CILE,(d)Nafion/CILE,(e)Nafion/Hb/CILE分别在0.1mol/LKCl和10.0mmol/LK3[Fe(CN)6]混合溶液中的电化学交流阻抗图。图3为不同修饰电极(a)Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE,(b)Nafion/Hb/CILE,(c)Nafion/rGO@Fe3O4/CILE,(d)Nafion/CILE分别在pH3.0PBS中的循环伏安曲线。图4为修饰电极Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE在不同扫描速度下的循环伏安图(曲线a到q分别为10,50,100,150,200,250,300,350,400,450,500,550,600,650,700,750,800mV/s)。图5(A)为修饰电极Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE在不同TCA浓度下的循环伏安曲线图(曲线a到r依次为0,5,10,20,30,40,50,60,70,80,100,130,160,190,220,250,280,310mmol/LTCA),(B)为催化还原峰电流Ipc与TCA浓度之间的关系曲线。图6(A)为修饰电极Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE在不同NaNO2浓度下的循环伏安曲线图(曲线a到q依次为0,0.04,0.06,0.14,0.20,0.26,0.32,0.38,0.45,0.55,0.65,0.75,0.95,1.10,1.40,1.60,1.80mmol/LNaNO2),(B)为催化还原峰电流Ipc与NaNO2浓度之间的关系曲线。附图说明以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本专利技术作进一步描述,但并不因此而限制本专利技术的保护范围。实施例1图1为rGO@Fe3O4纳米复合材料扫描电子显微镜图,不同放大倍数的纳米复合材料扫描电镜显示,球形的Fe3O4纳米颗粒均匀分散在卷曲且具有褶皱结构的还原氧化石墨烯(rGO)层片上,使复合材料具有较大的比表面积。实施例2离子液体碳糊电极(CILE)的制备:称取1.6g石墨粉和0.8g离子液体HPPF6放入研钵混合并研磨均匀,把磨好的碳糊填入内径为4mm的洁净玻璃电极管中,插入铜丝作为导线,并将固体混合物压实,即得离子液体碳糊电极(CILE),使用前将电极表面打磨成光滑镜面。实施本文档来自技高网
...
一种基于纳米复合材料的血红蛋白电化学传感器的制备及应用

【技术保护点】
一种基于纳米复合材料的血红蛋白电化学传感器的制备方法及应用,其特征在于以离子液体电极(CILE)为基底电极,分层滴涂修饰还原氧化石墨烯@四氧化三铁(rGO@Fe3O4)纳米复合材料和血红蛋白(Hb)溶液,并滴涂Nafion成膜固定,即得电化学生物传感器Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE。

【技术特征摘要】
2017.08.04 CN 20171065824421.一种基于纳米复合材料的血红蛋白电化学传感器的制备方法及应用,其特征在于以离子液体电极(CILE)为基底电极,分层滴涂修饰还原氧化石墨烯@四氧化三铁(rGO@Fe3O4)纳米复合材料和血红蛋白(Hb)溶液,并滴涂Nafion成膜固定,即得电化学生物传感器Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE。2.权利要求书1中所述离子液体碳糊电极的制备包括以下步骤:(1)按一定比例称取石墨粉和1-己基吡啶六氟磷酸盐(HPPF6)于研钵中,充分研磨均匀;(2)将研磨好的混合物填充入直径为4mm的洁净玻璃电极管中,内插铜丝作为导线,把电极管中的固体混合物压实,即得离子液体电极(CILE);(3)使用前将电极表面打磨成光滑镜面。3.在权利要求书1中所述电化学生物传感器(Nafion/Hb/rGO@Fe3O4/CILE)的制备包括以下步骤:(1)配制一定浓度的rGO@Fe3O4溶液,超声分...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙伟谢慧牛燕燕李晓燕牛学良李小宝
申请(专利权)人:海南师范大学
类型:发明
国别省市:海南,46

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1