本发明专利技术公开了一种基于三维石墨烯(3DGR)修饰电极的肌红蛋白（Mb）电化学生物传感器制备及其电催化研究，通过在离子液体碳糊电极（CILE）表面修饰3DGR构建了3DGR/CILE电化学传感界面，进一步将肌红蛋白（Mb）组装在该界面上，基于Mb/3DGR良好的电催化还原三氯乙酸（TCA）性能，实现了对TCA快速灵敏的电化学生物传感检测，该传感器线性范围为：16.0~80.0 mmol/L，检测限为：5.3 mmol/L。本发明专利技术的生物传感器生物相容性好、灵敏度高，制备方法简单、环境友好、成本低廉，可实现对TCA的高效检测。
【技术实现步骤摘要】
基于三维石墨烯修饰电极的肌红蛋白电化学生物传感器制备及其电催化研究
本专利技术涉及一种三维石墨烯修饰电极的肌红蛋白生物传感器制备与电催化研究。
技术介绍
3DGR是由二维石墨烯之间相互交联形成的多孔网络的三维结构。近期研究发现,基于3DGR构建的功能器件在传感、环境和储能等领域表现出更为突出的性能。因而,新型3DGR材料已成为当前石墨烯的一个研究热点。目前，3DGR的制备主要包括化学气相沉积、界面自组装、溶液自组装和模板介导合成法等方法。3DGR不仅克服了石墨烯纳米片中经常会出现石墨烯聚集和堆叠的情况，还有很多可应用的优点，如三维结构的石墨烯具有优异的电荷传导能力、超低的密度和大的比表面积等。Mb是由一条肽链和一个血红素辅基组成的结合蛋白是肌肉内储存氧的蛋白质，其由153个氨基酸残基组成，含有血红素，和血红蛋白同源，与氧的结合能力介于Mb和细胞色素氧化酶之间，可帮助肌细胞将氧转运到线粒体。血红素中的Fe(II)能与氧进行氧合作用。氧合作用是可逆的，所以Mb能够储存分子氧且增加其在细胞中的扩散速率。血红素蛋白质在电极上的直接电化学研究，对于理解和认识它们在生命体内的电子转移机制和生理作用、了解生物分子的结构和各种物理化学性质、开发新型第三代生物传感器和生物燃料电池以及生物电子学等均具有重要意义。第三代电化学酶传感器具有灵敏度高、检测范围广和检测限低等优点，它是基于无媒介体的氧化还原蛋白质酶的直接电化学行为，通过检测酶与电极之间的直接电子转移为特征的生物传感装置，这种传感器无媒介体制作过程相对简单且无外加物质，是当前最理想的生物传感器。以氧化还原蛋白质的直接电化学为研究基础的第三代无媒介体传感器已成为电化学生物传感器研究领域的重要内容。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种3DGR修饰电极的电化学生物传感器的制备方法，利用所构建的电化学传感界面实现对TCA快速灵敏检测。为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案：基于3DGR修饰电极的Mb生物传感器的制备方法，包括以下步骤：（1）制备基底电极：称取1.6g石墨粉和0.8gN-己基吡啶六氟磷酸盐（HPPF6）并加入500μL液体石蜡作为粘合剂，放入研钵中充分研磨。待充分研磨将其填入内径为4mm的玻璃电极管中，插入铜丝作为导线，将玻璃电极管中的固体混合物压实即得CILE。使用前将电极表面打磨成镜面；（2）制备3DGR/CILE电化学传感界面：将步骤（1）制得的CILE表面通过涂布法修饰上3DGR悬浮液，晾干备用，即得3DGR/CILE电化学传感界面；（3）固定Mb：在步骤（2）得到的3DGR/CILE电化学传感界面滴加配制的Mb溶液，自然晾干后滴加壳聚糖（CTS）溶液构建出用于对TCA快速灵敏检测的电化学生物传感器。所述步骤（1）中，所述石墨粉1.6g，HPPF6为0.8g，液体石蜡500μL。所述步骤（2）中，所述3DGR为8μL0.8mg/mL。所述步骤（3）中，所述Mb溶液为8μL15mg/mL，所述CTS为6.0μL15mg/mL。所述3DGR是采用以下步骤的制备方法制得：将20mL2.0mg/mL的氧化石墨烯水溶液混合，超声1h后转入50mL的高压反应釜中于180℃加热12h，室温冷却得到圆柱形3DGR水凝胶，用水和乙醇清洗三次后在-87℃冷冻干燥12h，即得3DGR纳米材料。本专利技术的生物传感器生物相容性好、灵敏度高，制备方法简单、环境友好、成本低廉，且可以实现对TCA的高效检测。本专利技术提供上述用于对TCA快速灵敏检测的电化学生物传感器，检测时的具体操作包括以下步骤：以所述Mb修饰的电化学生物传感器作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂电极作为对电极，建立三电极系统，将所述三电极系统与电化学工作站连接，将工作电极的检测端置于待测溶液中，采用循环伏安法和交流阻抗法对修饰电极进行电化学测试，得到相应的循环伏安曲线图和交流阻抗谱图。本专利技术所制备的Mb修饰的电化学生物传感器研究了Mb的直接电化学行为，其特征在于，使用pH为4.0的PBS缓冲溶液，扫速为0.1V/s。本专利技术所述电化学交流阻抗法，其特征在于，所用电解质溶液为10.0mmolL-1K3[Fe(CN)6]和0.lmolL-1KCl溶液。一种基于3DGR修饰电极的Mb生物传感器制备与电催化研究，其特征在于，所构建的Mb/3DGR传感界面对TCA具有良好的电催化还原性能，实现了对TCA快速灵敏检测，所述TCA电催化还原的线性回归方程为：Iss(µA)=3.61C(mmol/L)+8.69(n=17,γ=0.999)式中Iss是加底物后形成良好线性关系时的稳态电流，C是加入的底物浓度，所述TCA的线性范围为16.0~80.0mmol/L，检测限为5.3mmol/L。附图说明图1为本专利技术实施例中制得3DGR实物图和扫描电镜图。图2为本专利技术实施例中制得3DGR的XRD图。图3为本专利技术实施例中不同修饰电极(a)CTS/3DGR/CILE,(b)CTS/Mb/3DGR/CILE,(c)CTS/Mb/CILE,(d)CTS/CILE在1.0mmol/LK3[Fe(CN)6]和0.5mol/LKCl混合溶液中的循环伏安曲线，扫描速度0.1V/s。图4为本专利技术实施例的肌红蛋白生物传感器在制作过程中不同修饰电极(a)CTS/3DGR/CILE,(b)CTS/Mb/3DGR/CILE,(c)CTS/CILEand(d)CTS/Mb/CILE在10.0mmol/LK3[Fe(CN)6]和0.1mol/LKCl混合溶液中的电化学阻抗图谱。图5为本专利技术实施例的肌红蛋白生物传感器在制作过程中不同修饰电极(a)CTS/Mb/3DGR/CILE,(b)CTS/Mb/CILE,(c)CTS/3DGR/CILE(d)CTS/CILE和(e)CILE在pH4.0PBS扫描速度0.1V/s下的循环伏安曲线。图6为本专利技术实施例的肌红蛋白生物传感器在制作过程中修饰电极在不同浓度三氯乙酸存在下的循环伏安图（a到k分别为（0,16.0,20.0,25.0,30.0,35.0,40.0,50.0,60.0,70.0,80.0mmol/L）；插图为催化还原峰电流与三氯乙酸浓度之间的关系曲线。具体实施方式以下结合具体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制备CILE：称取1.6g石墨粉和0.8g离子液体（HPPF6）放入研钵中充分研磨均匀，把研磨好的混合物填入内径为4mm玻璃电极管中，内插铜丝作为导线，将玻璃电极管中的固体混合物压实即可得到离子液体修饰的碳糊电极（CILE），使用前将电极表面打磨成镜面。实施例2制备3DGR：将20mL2.0mg/mL的氧化石墨烯水溶液混合，超声1h后转入50mL的高压反应釜中于180℃加热12h，室温冷却得到圆柱形三维石墨烯水凝胶，用水和乙醇清洗三次后在-87℃冷冻干燥12h，即得3DGR纳米材料。3DGR的实物图和扫描电镜图如图1所示。图1A为3DGR前驱体水溶液，经过水热合成制备出3DGR如图1B，宏观上3DGR呈圆柱状多孔结构，微观上如图1C和图1D，3DGR呈现三维孔状结构，存在大小不一孔隙，形成错综复杂的孔道结构，该结构既能保证石墨烯本身所具有的高导电率等优异的性能本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于3DGR修饰电极的Mb电化学生物传感器制备及其电催化研究，所述生物传感器其特征在于：采用CILE为基底电极，在CILE表面修饰3DGR构建3DGR/CILE电化学传感界面，并进一步将Mb组装在该界面上，实现对TCA快速灵敏的电化学生物传感检测。
【技术特征摘要】
1.一种基于3DGR修饰电极的Mb电化学生物传感器制备及其电催化研究，所述生物传感器其特征在于：采用CILE为基底电极，在CILE表面修饰3DGR构建3DGR/CILE电化学传感界面，并进一步将Mb组装在该界面上，实现对TCA快速灵敏的电化学生物传感检测。2.一种如权利要求1所述的基于3DGR修饰电极的Mb电化学生物传感器及其电催化研究，包括以下步骤：（1）制备基底电极：称取1.6g石墨粉和0.8gN-己基吡啶六氟磷酸盐（HPPF6）并加入500μL液体石蜡作为粘合剂，放入研钵中充分研磨，待充分研磨将其填入内径为4mm的玻璃电极管中，插入铜丝作为导线，将玻璃电极管中的固体混合物压实即得CILE，使用前将电极表面打磨成镜面；（2）制备3DGR/CILE电化学传感界面：将步骤（1）制得的CILE表面通过涂布法修饰上3DGR悬浮液，晾干备用，即得3DGR/CILE电化学传感界面；（3）固定Mb：在步骤（2）得到的3DGR/CILE电化学传感界面滴加配制的Mb溶液，自然晾干后滴加壳聚糖（CTS）溶液构建出用于对TCA快速灵敏检测的电化学生物传感器。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所述石墨粉1.6g，HPPF6为0.8g，液体石蜡500μL。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所述3DGR为8μL0.8mg/mL。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，所述Mb溶液为8μL15mg/mL，所述CTS为6.0μL1.0mg/mL。6.根据权利要求2、4所述的制备...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟，文作瑞，牛学良，赵文舒，李晓燕，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
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