一种复合材料的葡萄糖传感器的制备方法技术

一种复合材料的葡萄糖传感器的制备方法，属于电化学分析检测技术领域，本发明专利技术通过化学还原法，以酪蛋白为稳定剂和还原剂，制备核壳Fe3O4@Au复合粒子，具有制备简单易得等优点，生物相容性好，利于生物酶的固定；再将葡萄糖氧化酶固定在核壳Fe3O4@Au复合粒子表面，修饰电极，制备Fe3O4@Au葡萄糖生物传感器，此合成方法简单、成本低，且绿色。该传感器检测葡萄糖具有较快的响应时间、较宽的线性范围、低的检出限、高的灵敏度、良好的选择性。而且该传感器具有优异的重现性和良好的抗干扰能力，很好的长期稳定性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，属于电化学分析检测
，本专利技术通过化学还原法，以酪蛋白为稳定剂和还原剂，制备核壳Fe3O4@Au复合粒子，具有制备简单易得等优点，生物相容性好，利于生物酶的固定；再将葡萄糖氧化酶固定在核壳Fe3O4@Au复合粒子表面，修饰电极，制备Fe3O4@Au葡萄糖生物传感器，此合成方法简单、成本低，且绿色。该传感器检测葡萄糖具有较快的响应时间、较宽的线性范围、低的检出限、高的灵敏度、良好的选择性。而且该传感器具有优异的重现性和良好的抗干扰能力，很好的长期稳定性。【专利说明】
本专利技术属于电化学分析检测
，特别涉及基于Fe3O4OAu纳米复合材料的葡萄糖传感器的制备和应用的技术。
技术介绍
随着社会的快速发展以及人们生活水平的提高，糖尿病患病率也随之增高，据世界卫生组织报道，目前已经有3.46亿人口患有糖尿病，能够实时、可靠检测血糖的浓度是诊断和控制糖尿病的有效方法。电化学传感器由于灵敏度高、选择性好、实验简便快速、所需仪器设备价格低廉等优点而广泛应用于生命物质的电化学检测。开发用于检测体内葡萄糖浓度的微小变化的、高灵敏度的葡萄糖传感器具有重要的科学意义和使用价值。核壳纳米结构是一种理想的复合结构，因为其除具有单一粒子的体积效应，表面效应和量子尺寸效应外，还具有复合协同多功能效应。而通常磁性材料在外磁场作用下易团聚，限制了其应用范围。制备具有核壳结构的磁性复合粒子，可扩大磁性粒子的应用领域。大量研究表明Au是保护Fe3O4纳米粒子最好的材料之一。这样得到的粒子既具有Fe3O4的磁性，又有Au的化学稳定性和生物相容性，同时Au壳可以能保护Fe3O4纳米粒子不被氧化和腐蚀，还能与巯基等官能团作用，易于表面功能化，从而拓宽其在蛋白分离、药物运输、催化、生物传感器等领域的应用。目前制备Fe3O4OAu复合粒子的方法主要有水热法、微乳液法和化学还原法。其中水热法和微乳液法制得产物粒径较小均一，但其制备过程复杂，影响因素较多。与之相比，化学还原法具有制备简单易得等优点。葡萄糖氧化酶因为具有极其重要的催化活性而被广泛研究。而且其价格低廉，性质稳定，实用性强，常被人们用作制备生物传感器的理想分子。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于Fe3O4OAu纳米复合材料的葡萄糖传感器的制备方法。本专利技术包括以下步骤: O采用Massart共沉淀法制备Fe3O4磁性纳米粒子； 2)将酪蛋白溶液与Fe3O4磁性纳米粒子在超声条件下混合制备酪蛋白修饰的Fe3O4纳米粒子； 3)将酿蛋白修饰的Fe3O4纳米粒子以酿蛋白溶液稀释后与HAuCl4混合，在混合体系的 值为中性和氮气保护的条件下反应，然后经磁分离取得以Fe3O4为核、以Au为壳的核壳Fe3O4OAu复合粒子； 4)将由葡萄糖氧化酶溶于去离子水形成的酶溶液与核壳Fe3O4OAu复合粒子在超声条件下混合后均匀滴涂在圆盘Pt电极表面，然后置于4°C冰箱中制干，即得具有葡萄糖传感器的酶电极。本专利技术通过化学还原法，以酪蛋白为稳定剂和还原剂，制备核壳Fe3O4OAu复合粒子，具有制备简单易得等优点，生物相容性好，利于生物酶的固定；再将葡萄糖氧化酶固定在核壳Fe3O4OAu复合粒子表面，修饰电极，制备Fe3O4OAu葡萄糖生物传感器，此合成方法简单、成本低，且绿色。该传感器检测葡萄糖具有较快的响应时间、较宽的线性范围、低的检出限、高的灵敏度、良好的选择性。而且该传感器具有优异的重现性和良好的抗干扰能力，很好的长期稳定性。由于Au和Fe3O4较好的生物相容性和协同作用，Fe3O4OAu功能复合纳米粒子为生物分子的固定和高灵敏的检测提供了很好生物平台，在生物传感器和糖尿病诊断、临床医学和食品工艺检测等领域可得到广泛应用。为了除去未被固定的酶，以提高检测的准确性，所述酶电极在使用前先置于B-R缓冲溶液中洗涤。所述酶电极保存于4°C冰箱中，以保持酶电极中葡萄糖氧化酶的活性。上述步骤I)中，在氮气氛围中，将FeCl2和FeCl3以1: 2的浓度摩尔比混合后加入过量的浓氨水中，在反应体系的温度为80°C的条件下搅拌反应至结束，再从反应混合体系中磁分离出固相后用乙醇和水洗涤。在碱性环境和氮气氛围中，将铁离子与亚铁离子共沉淀生成Fe3O4磁性纳米粒子的优点在于该方法操作简单，简便易行，且采用该法制备的磁性纳米粒子具有原料易得，产品纯度高等特点。而水热法和微乳液法的制备过程较复杂，影响因素较多。上述步骤2)中，用于反应的酪蛋白溶液的浓度为10 mg/mL,反应体系在反应过程中的温度为25°C。酪蛋白溶液浓度选择10 mg/mL是因为在该浓度条件下酪蛋白呈胶束状态，能够较好地稳定纳米粒子，并且最终形成稳定的无机-生物复合结构，在进一步还原Au纳米粒子时发挥其功能性作用。反应温度控制为25°C，可以防止高温条件下，Fe3O4磁性纳米粒子易发生进一步氧化为Fe2O3，从而保证产物较高的纯度。在所述步骤2)后，以磁场将反应后体系中的酪蛋白修饰的Fe3O4纳米粒子分离出来，并以乙醇和水洗涤。该操作的可除去未修饰的酪蛋白分子，使得到的产品为均一的蛋白质修饰的Fe3O4粒子。所述步骤3 )中，反应过程中中反应体系的温度为先将80 V。此温度的选择是由于我们的反应体系未加入任何还原剂，而酪蛋白在室温条件下还原性较弱，加热到80°C之后，便可利用酪蛋白自身的还原性还原Au纳米粒子，这样可避免引入其它还原剂。该反应体系简单，且操作方便，易实现。所述步骤3)中，将磁分离出的核壳Fe3O4OAu复合粒子以去离子水和乙醇洗涤。该操作可除去未修饰的酪蛋白分子，使得到的产品都为均一的蛋白修饰的Fe3O4OAu复合粒子。所述步骤4)中，所述酶溶液中葡萄糖氧化酶的浓度为10 mg/mL。该浓度酶可提供足够量的葡萄糖氧化酶与复合粒子结合，使制得的葡萄糖传感器具有优良的传感性能。所述步骤4)中，为除去未被固定的酶，以提高检测的准确性，所述酶电极在使用前先置于B-R缓冲溶液中洗涤。该操作目的是将电极表面未修饰的物质洗涤干净，进一步提高电极在使用过程中的灵敏度。所述步骤4)中，所述酶电极保存于4°C冰箱中。该操作目的是保持酶的活性，避免酶失活，影响电极的传感性能。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术中Fe3O4磁性纳米粒子和核壳Fe3O4OAu复合纳米粒子的XRD图，其中曲线a为Fe3O4磁性纳米粒子的XRD图，曲线b为核壳Fe3O4OAu复合纳米粒子的XRD图。图2为本专利技术中在5mM K3 /K4 溶液中在纯Pt电极(曲线a)、Fe3O4OAu复合纳米粒子修饰钼电极(曲线b)及GOD/ Fe3O4OAu葡萄糖修饰的Pt电极上的循环伏安图(曲线C)。 图3为本专利技术中在B-R (pH=7.0)缓冲溶液中0.55V操作电位下连续加入0.1mM葡萄糖的GOD/ Fe3O4OAu复合物修饰钼电极的响应电流与时间的关系曲线图。图4为采用本专利技术方法制成的酶电极的电流与葡萄糖浓度变化关系图。【具体实施方式】1、制备Fe3O4磁性纳米粒子: 采用Massart共沉淀法合成四氧化三铁纳米粒子。即在碱性环境中，铁离子与亚铁离子共沉淀生成Fe304。合成原理:Fe--—2Fe.-—SOHFe；04~4H；0 整本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于核壳结构的Fe3O4@Au纳米复合材料的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）采用Massart共沉淀法制备Fe3O4磁性纳米粒子；2）将酪蛋白溶液与Fe3O4磁性纳米粒子在超声条件下混合制备酪蛋白修饰的Fe3O4纳米粒子；3）将酪蛋白修饰的Fe3O4纳米粒子以酪蛋白溶液稀释后与HAuCl4混合，在混合体系的pH值为中性和氮气保护的条件下反应，然后经磁分离取得以Fe3O4为核、以Au为壳的核壳Fe3O4@Au复合粒子；4）将由葡萄糖氧化酶溶于去离子水形成的酶溶液与核壳Fe3O4@Au复合粒子在超声条件下混合后均匀滴涂在圆盘Pt电极表面，然后置于4℃冰箱中制干，即得具有葡萄糖传感器的酶电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘燕，毛慧渊，袁敏，郭荣，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32