电化学生物传感器用修饰电极及其制备方法、电化学生物传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种电化学生物传感器用修饰电极及其制备方法、电化学生物传感器及其制备方法和应用，电化学生物传感器用修饰电极包括基础电极及其表面修饰的葫芦脲[7]分子；制备方法包括：将基础电极浸入葫芦脲[7]的水溶液中，使基础电极的表面吸附葫芦脲[7]分子。电化学生物传感器包括上述的电化学生物传感器用修饰电极，其上依次吸附有电子媒介体和生物酶；制备方法包括：将电化学生物传感器用修饰电极依次浸入含电子媒介体的溶液和生物酶溶液中。该电化学生物传感器用修饰电极对电子媒介体具有很好的识别作用，能够与电子媒介体有效结合从而促进酶与电极之间的电子传递；该电化学生物传感器检测灵敏度高，能直接在疾病诊断中进行应用。

【技术实现步骤摘要】
电化学生物传感器用修饰电极及其制备方法、电化学生物传感器及其制备方法和应用
本专利技术属于电化学传感器领域，具体涉及一种电化学生物传感器用修饰电极及其制备方法、电化学生物传感器及其制备方法和应用。
技术介绍
不同于常见的气相色谱、液相色谱等检测方法，电化学传感器检测目标分子是一种高效、绿色、简单的检测方法，在食品监测、环境保护、医药卫生等领域有着广泛的应用。石墨烯由于具有优异的导电性能、巨大的比表面积、诸多的结果缺陷和官能团，能够为目标分子提供丰富的反应场所并促进目标分子与电极之间的电子传递，因此在电化学传感器领域有着广泛的应用。同时，石墨烯有多种组成和结构丰富的衍生物，这些衍生物为进一步拓展其在电化学方面的应用提供了可能。目前关于石墨烯在电化学传感器领域的研究已有大量的报道，但如何提高传感器的选择性、灵敏度等性能指标仍然有很大的发展空间。因此，如何设计制备具有性能优异的基于石墨烯的电化学传感器已经成为了一个重要而快速的研究方向。大量的边界点、结构缺陷和功能性基团存在于石墨烯这种特殊的结构中，该结构能够为目标分子在其修饰的电极上的吸附和发生电化学反应提供丰富的反应场所。通过充分利用石墨烯这些独特的电子结构特征和物理化学性质制备出具有高的灵敏度、好的选择性、极快的电流响应、宽的检测范围并能够降低检测下限的电化学生物传感器，从而在电化学检测和电分析领域广泛应用。同时，石墨烯有多种组成和结构丰富的衍生物，这些衍生物为进一步拓展其在电化学方面的应用提供了可能。电化学传感器在检测目标分子的实际应用中会面对复杂的环境和要求，单一组分的石墨烯无法满足这一要求，这就极大的限制了其在电化学领域中的应用。通过借助金属纳米粒子和石墨烯的协同作用，拓展和增强石墨烯的电化学效应。同时，深埋于酶生物分子内部的活性中心与电极之间的电子传递也很困难，在诸多的研究报道中，有利用体系中溶解的氧气分子作为酶的活性中心与电极之间电子传递的媒介体，但溶液中氧气的浓度随周围环境变化的影响很大，从而影响了所制备的传感器的准确检测；或者金属纳米粒子直接深入酶生物分子的活性中心搭建与电极之间的桥梁，但是这对金属纳米粒子的尺寸、性质和酶的种类都有一定的要求，从而限制了其在电化学生物传感器领域的应用。一种常用而有效的方法则是人为地加入电子媒介体修饰于电极上，从而促进所修饰酶与电极之间的电子传递，拓展其应用范围。常见的电子媒介体有很多种类，例如二茂铁及其衍生物、K3Fe(CN)6、酚类和某些有机染料等。例如，糖尿病是导致残疾和死亡的一个重要病因，且在世界范围内很普遍，空腹条件下血浆血糖的浓度在7mM以上即可诊断为糖尿病，葡萄糖传感器是检测血浆中血糖常用的仪器。葡萄糖氧化酶(GOD)在催化检测葡萄糖的过程中，由于酶生物分子的活性中心深埋于分子内部，活性中心与电极之间的电子传递被阻隔，因此活性中心和电极之间的电子传递依靠的是溶液中浓度不稳定的溶解氧(O2)电子媒介体，O2通过参与电化学反应过程中的电子得失达到传递电子的目的，这也是第一代葡萄糖传感器的检测机理。第一代传感器GOD(FAD)+Glu→葡萄糖内酯酶+GOD(FADH2)GOD(FADH2)+O2→GOD(FAD)+H2O2H2O2-2e-→2H++O2虽然该传感器构建方法简单，但是存在检测不准确等缺点，因为随着电化学反应的进行，溶液中O2的浓度不会一直保持稳定，且还与空气中O2的浓度有关其。在高电压条件下检测时，O2会氧化乙酰氨基酚、尿酸、抗坏血酸等电活性物质从而对目标分子的检测造成干扰。所以选择一个可代替O2作为电子传递的电子媒介体即是一个简单有效的方法。电子媒介体能够有效促进酶和电极之间的电子传递，且能够降低电化学工作电位。以二茂铁甲酸(Fc-COOH)作为葡萄糖氧化酶(GOD)和电极之间的电子媒介体的检测机理为：第二代传感器GOD(FAD)+Glu→葡萄糖内酯酶+GOD(FADH2)GOD(FADH2)+2Fc+-COOH→GOD(FAD)+2Fc-COOH2Fc-COOH→2Fc+-COOH+2e-然而，目前Fc-COOH作为GOD和电极之间的电子媒介体存在的主要问题有，Fc-COOH在固定吸附于电极方面仍然不尽如人意，灵敏度有待提高；尤其是当电极上修饰有全氟磺酸树脂(Nafion)包被的还原氧化石墨烯时，由于Nafion的存在，基础电极显负电性，与目标分子Fc-COOH排斥，Fc-COOH无法很好地吸附在基础电极上。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种对电子媒介体具有很好的识别作用，且能稳定吸附和固定电子媒介体，能够与电子媒介体有效结合从而促进酶与电极之间的电子传递的电化学生物传感器用修饰电极，还提供一种检测灵敏度高的电化学生物传感器及其在疾病诊断中的应用，还相应提供工艺简单，绿色高效的电化学生物传感器用修饰电极和电化学生物传感器的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种电化学生物传感器用修饰电极，包括基础电极，其特征在于，所述基础电极表面修饰有葫芦脲[7]分子。上述的电化学生物传感器用修饰电极，优选的，所述基础电极为全氟磺酸树脂固定的还原氧化石墨烯-纳米金修饰的玻碳电极。上述的电化学生物传感器用修饰电极，优选的，所述葫芦脲[7]分子与纳米金粒子通过化学吸附结合；所述葫芦脲[7]分子与还原氧化石墨烯通过物理吸附结合。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种上述的电化学生物传感器用修饰电极的制备方法，包括以下步骤：将基础电极浸入葫芦脲[7]的水溶液中，使基础电极的表面吸附葫芦脲[7]分子，得到电化学生物传感器用修饰电极。上述的电化学生物传感器用修饰电极的制备方法，优选的，所述葫芦脲[7]的水溶液中，葫芦脲[7]的摩尔浓度为1mM～5mM，化学吸附时间为1h～12h。优选的，基础电极浸入前，采用去离子水清洗多次；吸附完成后取出，再采用去离子水清洗多次。上述的电化学生物传感器用修饰电极的制备方法，优选的，所述基础电极的制备过程为：S1：将氧化石墨烯分散到全氟磺酸树脂的乙醇溶液中，得到氧化石墨烯分散液；将所得氧化石墨烯分散液滴涂至玻碳电极的表面，晾干后浸入氯化钾溶液中进行循环伏安扫描，使氧化石墨烯被还原，得到还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极；S2：将步骤S1所得的还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极浸入含氯金酸的溶液中进行循环伏扫描，使还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极的表面沉积金纳米粒子，得到还原氧化石墨烯-纳米金修饰的玻碳电极。优选的，所述步骤S1中，全氟磺酸树脂的乙醇溶液中，全氟磺酸树脂的质量浓度为0.2％，氧化石墨烯与全氟磺酸树脂的乙醇溶液的比值为0.1mg～1.5mg∶1mL；氧化石墨烯分散液的滴涂量为6μL～10μL。优选的，所述步骤S1中，所述氯化钾溶液的浓度为0.5M，循环扫描电压为-1.7V～-0.8V，扫描速率为50mv/s，扫描圈数为20圈。优选的，所述步骤S2中，所述含氯金酸的溶液的制备方法为：将HAuCl4·4H2O溶于0.5M的H2SO4溶液中，得到含氯金酸的溶液；HAuCl4·4H2O与H2SO4溶液的比值为10mg～20mg∶50mL。优选的，所述步骤S2中，循环扫描电压为-0.95V～-0.55V，扫描速率为10mv/s，扫描圈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学生物传感器用修饰电极，包括基础电极，其特征在于，所述基础电极表面修饰有葫芦脲[7]分子。

【技术特征摘要】
1.一种电化学生物传感器用修饰电极，包括基础电极，其特征在于，所述基础电极表面修饰有葫芦脲[7]分子。2.根据权利要求1所述的电化学生物传感器用修饰电极，其特征在于，所述基础电极为全氟磺酸树脂固定的还原氧化石墨烯-纳米金修饰的玻碳电极。3.一种如权利要求1或2所述的电化学生物传感器用修饰电极的制备方法，包括以下步骤：将基础电极浸入葫芦脲[7]的水溶液中，使基础电极的表面吸附葫芦脲[7]分子，得到电化学生物传感器用修饰电极。4.根据权利要求3所述的电化学生物传感器用修饰电极的制备方法，其特征在于，所述葫芦脲[7]的水溶液中，葫芦脲[7]的摩尔浓度为1mM～5mM，化学吸附时间为1h～12h。5.根据权利要求3或4所述的电化学生物传感器用修饰电极的制备方法，其特征在于，所述基础电极的制备过程为：S1：将氧化石墨烯分散到全氟磺酸树脂的乙醇溶液中，得到氧化石墨烯分散液；将所得氧化石墨烯分散液滴涂至玻碳电极的表面，晾干后浸入氯化钾溶液中进行循环伏安扫描，使氧化石墨烯被还原，得到还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极；S2：将步骤S1所得的还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极浸入含氯...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建方，吕亚杰，陶呈安，蔡凤莲，刘卓靓，郭晨星，康艳，高海峰，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43