用于检测生物胺的生物传感器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种用于检测生物胺的生物传感器及其制作方法，属于传感器检测技术领域。该生物传感器包括表面设有复合膜的电极，所述复合膜中包括电化学指示剂、生物胺酶和导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒；金属氧化物为具半导体性质的金属氧化物；导电金属与金属氧化物摩尔百分比为0.5-10mol％。本发明专利技术通过将包括导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒、电化学指示剂和生物胺酶的包覆于电极表面，利用纳米颗粒所具有的表面效应、量子尺寸效应和介电限域效应等特点，将纳米颗粒引入生物敏感界面的构建中，并在金属氧化物纳米颗粒中掺杂导电金属，提高该复合膜的电子传递效率，增强氧化还原电化学信号，提高了传感器灵敏度和降低了检出限。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，属于传感器检测
。该生物传感器包括表面设有复合膜的电极，所述复合膜中包括电化学指示剂、生物胺酶和导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒；金属氧化物为具半导体性质的金属氧化物；导电金属与金属氧化物摩尔百分比为0.5-10mol％。本专利技术通过将包括导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒、电化学指示剂和生物胺酶的包覆于电极表面，利用纳米颗粒所具有的表面效应、量子尺寸效应和介电限域效应等特点，将纳米颗粒引入生物敏感界面的构建中，并在金属氧化物纳米颗粒中掺杂导电金属，提高该复合膜的电子传递效率，增强氧化还原电化学信号，提高了传感器灵敏度和降低了检出限。【专利说明】
本专利技术涉及传感器检测
，特别是涉及一种。
技术介绍
生物胺是一类具有生物活性含氮的低分子量有机化合物的总称。可看作是氨分子中1-3个氢原子被烷基或芳基取代后而生成的物质，是脂肪族，酯环族或杂环族的低分子量有机碱，常存在于动植物体内及食品中。微量生物胺是生物体(包括人体)内的正常活性成分，在生物细胞中具有重要的生理功能。但当人体摄入过量的生物胺(尤其是同时摄入多种生物胺)时，会引起诸如头痛、恶心、心悸、血压变化、呼吸紊乱等过敏反应，严重的还会危及生命。生物胺存在于多种食品尤其是发酵食品(如奶酪、发酵香肠、调味品)、水产品及肉类产品中。因此，对于生物胺的监测具有很高的实际应用价值。目前，生物胺的测定方法有荧光法、气相色谱法、高效液相色谱法、高效薄层色谱法及毛细管电泳法等，但这些方法均存在一定的不足，如需要大型的仪器，具有仪器昂贵、不便于携带而且操作繁琐等缺点。因此，开发一种简便、快速、灵敏的生物胺检测方法具有非常重要的意义。利用电化学酶生物传感器来对生物胺进行检测就是一种新发展起来的检测方法，但是，目前所用的电化学生物传感器电极的制备大多都是利用金、钼、银、碳、玻碳等裸电极，然后在电极表面修饰酶或其他基团，实现对小分子化合物的检测。而这些方法中，一方面由于金、钼、银等贵金属的价格昂贵，限制了该生物传感器的推广应用；另一方面，由于许多生物分子如酶、蛋白质等具有导电性差等缺点，在成膜后电子对传递受到阻碍，电化学信号变弱，降低了电化学生物传感器的灵敏度和检出限。并且，常规技术中的安培型生物胺酶传感器，在制作过程中除了需要加入电化学指示剂(普鲁士蓝)、生物胺酶外，还需要多种交联剂(如壳聚糖、戊二醛等)。这些方法能对生物胺的检测虽有较好的稳定性，但制备的时间长，过程相对复杂，成本较高。因此，亟需开发一种廉价并且灵敏度高的传感器，从而使用生物传感器检测生物胺的检测方法能够广泛的推广应用。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于检测生物胺的生物传感器，在检测生物胺时，该传感器具有检测灵敏度高、检出限低和简便的优点。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案:一种用于检测生物胺的生物传感器，包括电极，所述电极表面设有复合膜，所述复合膜中包括电化学指示剂、生物胺酶和导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒；所述金属氧化物为具半导体性质的金属氧化物；所述导电金属与金属氧化物摩尔百分比为0.5-10mol%。本专利技术的用于检测生物胺的生物传感器，利用金属氧化物纳米颗粒具有的独特属性,如比表面积较大,表面反应活性高,催化效率高,吸附能力强，电化学活性高以及良好的生物兼容性等，有利于生物胺酶在传感器电极上的固定，从而在电极表面制备一层与生物分子有很好兼容性的纳米级的金属氧化物材料复合膜，使该纳米级的金属氧化物材料既能作为导线连接在生物分子与电极之间，又能作为电子传递的媒介促进活性中心与电极表面的电子传递速率，增加了氧化还原物质在电极表面反应的可逆性，能够显著提高生物传感器的检测性能；并且，本专利技术还通过在金属氧化物纳米颗粒中掺杂导电金属，提高该复合膜的电子传递效率，增强氧化还原电化学信号，从而既能实现提高传感器灵敏度和降低检出限的目的，又能确保该复合膜与生物分子有很好的兼容性。本专利技术的生物传感器在对生物胺进行检测时，采用电化学方法(如循环伏安法CV、阻抗法EIS等)直接对目标化合物进行检测，通过电化学信号(如电流和电阻)变化来指示目标生物胺浓度的变化，从而进行测定，其检测原理如图1所示。在其中一个实施例中，所述导电金属为银、钥;、鹤、猛中的至少一种。上述导电金属能够较好的提高复合膜的电子传递效率。在其中一个实施例中，所述金属氧化物为二氧化钛、氧化钒、氧化镍或氧化锰。上述金属氧化物既具有良好的半导体特性，又具有成本低、易得的优点。在其中一个实施例中，所述电极为铜、或钨电极，或形成于玻璃基底上的ITO电极(即铟锡氧化物电极)。选用上述电极，避免了使用贵金属电极造成的高成本问题。在其中一个实施例中，所述生物胺酶为单胺氧化酶或双胺氧化酶，所述电化学指示剂为普鲁士蓝。可根据所要检测的具体生物胺类型，灵活设置有针对性的生物胺酶和电化学指示剂。在其中一个实施例中，所述导电金属为铌、钒中的至少一种；所述金属氧化物为二氧化钛；所述导电金属与金属氧化物摩尔百分比为5-10mol%;所述导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的粒径为10-50nm ;所述电极为形成于玻璃基底上的ITO电极；所述生物胺酶为双胺氧化酶，所述电化学指示剂为普鲁士蓝。将铌、钒中的至少一种以上述摩尔百分比掺杂进二氧化钛中，并将纳米颗粒的粒径控制在10-50nm范围内，并联合双胺氧化酶在ITO电极上制备复合膜，能够达到最佳的配合，使得到的生物传感器对生物胺具有非常高的灵敏度。本专利技术还提供一种上述的用于检测生物胺的生物传感器的制造方法，包括以下步骤:制备分散有导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的悬浮液:取导电金属离子总摩尔数1-3倍的络合剂，按络合剂:水为1:60-1:30的质量比加入水，在60°C _100°C下搅拌溶解，形成溶液，加入浓硝酸，所述浓硝酸与水的体积比为1:50-1:30，再将金属氧化物原料添加至上述溶液中，在80°C-100°C下搅拌溶解后，加入氨水调节溶液pH值至7-8，随后加入导电金属的可溶盐，并在80°C -100°C下搅拌至溶液澄清透明后继续搅拌反应1-3小时；然后在180°C _220°C下烘干，得到稀松膨大的固体，烘干至该固体不再膨胀为止，将该固体研磨后在600°C _700°C下煅烧4-6小时，得到导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒；将壳聚糖和导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒加入到溶剂中，使导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒均匀分散，得到分散均匀的悬浮液，备用；制备电化学指示剂修饰的电极:取清洗干净的电极，通过电沉积的方法将电化学指示剂修饰至电极上，备用；在电极表面修饰复合膜:将含有生物胺酶的溶液滴涂于电化学指示剂修饰的电极表面，自然晾干后，将分散有导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的悬浮液也滴于该电极表面，自然晾干，在电极表面形成含有电化学指不剂、生物胺酶和导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的复合膜。本专利技术的用于检测生物胺的生物传感器的制造方法，首先采用溶胶-凝胶法合成纳米级掺杂金属氧化物前驱体，然后通过适当的温度制备出导电金属掺杂金属氧化物纳米颗粒，该方法不仅操作简便安全，而且大大缩短了制备时间，降低了材料的成相温度，制备的材料粒径与燃烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测生物胺的生物传感器，其特征在于，包括电极，所述电极表面设有复合膜，所述复合膜中包括电化学指示剂、生物胺酶和导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒；所述金属氧化物为具半导体性质的金属氧化物；所述导电金属与金属氧化物摩尔百分比为0.5‑10mol％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘付建，李核，梁德沛，陈纪文，陈卓梅，王娜，周桂萍，谭婉琪，冯艳，沈宏林，陈满英，李衍春，叶淑贞，
申请(专利权)人：广东产品质量监督检验研究院，华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44