本发明专利技术涉及一种用于检测过氧化氢的电化学生物传感器及制备与应用，制备主要包括：（1）合成二氧化硅‑三维石墨烯复合材料；（2）对合成的二氧化硅‑三维石墨烯复合材料进行氮碳掺杂；（3）对玻碳电极进行预处理；（4）采用滴涂法制备氮碳掺杂的二氧化硅‑三维石墨烯复合材料修饰的玻碳电极；（5）把玻碳电极在氯金酸溶液中采用计时电流法制备金纳米‑氮碳掺杂的二氧化硅‑三维石墨烯玻碳电极；（6）将玻碳电极浸入含有双巯基修饰的G DNA溶液中培育2‑4 h；（7）把复合电极浸入到含有氯高铁血红素溶液中10‑14 h。本发明专利技术具有良好的稳定性、重现性、特异性高，灵敏度强；且操作简单方便快速。可以对生物样品、化妆品等样品中过氧化氢含量的检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分析化学与电化学传感器分析领域，具体涉及一种基于Au/N-C/SiO2/3D-GONs复合材料的检测过氧化氢的电化学生物传感器以及制备方法与应用。
技术介绍
过氧化氢是普遍存在于自然界是的一种成分。例如：在生物体肝脏中生成；存在于污染的大气或者雨水中；酸乳酪等乳制品使用的部分乳酸菌也能生成过氧化氢。在食品工业中，过氧化氢主要用于消毒、杀菌、漂白、脱色等，也用作生产加工助剂。过氧化氢作为一种重要的漂白剂和氧化剂也被广泛应用于染发，烫发类化妆品中，由于其具有很强的氧化性，过量使用会对皮肤，毛发产生很严重的损伤。目前对过氧化氢检测的研究方法包括高效液相、荧光共振转移等等。虽然这些方法能够准确的检测过氧化氢，但是他们都存在一些缺点比如复杂的设备，复杂的处理过程，昂贵的价格等等。20世纪90年代末，Sen等首次报道了具有过氧化物酶催化活性的脱氧核酶——G-四联体型脱氧核酶。G-四联体是由大量鸟嘌呤序列的DNA通过Hoogsteen氢键形成的特殊的二级结构，但G-四联体只有在单价阳离子存在下才能稳定形成，其中K+的稳定效果最为显著，并能发挥生物学效应。氯化血红素可作为过氧化物模拟酶，与传统的过氧化氢酶相比，其价格低廉，稳定，可在较宽的酸度和温度范围内使用。当某些G-四联体与氯化血红素作用时，可极大地增强氯化血红素的酶活性，因此，G-四联体在K+及氯化血红素的共同作用下，可形成具有显著过氧化氢酶活性的DNA模拟酶。但是目前的酶生物传感器的电极比表面积过小，导电性不好、信号相应强度过弱、灵敏度过低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于检测过氧化氢的电化学生物传感器及其制备与应用以解决目前的酶生物传感器的电极比表面积过小，导电性不好、信号相应强度过弱、灵敏度过低等问题。一种用于检测过氧化氢的电化学生物传感器的制备方法，主要包括以下步骤：（1）合成二氧化硅-三维石墨烯（SiO2/3D-GONs）复合材料的合成；（2）对步骤（1）所得二氧化硅-三维石墨烯复合材料进行氮、碳掺杂（N-C/SiO2/3D-GONs）；（3）对玻碳电极进行预处理；（4）采用滴涂法制备氮碳掺杂的二氧化硅-三维石墨烯复合材料修饰的玻碳电极；（5）把步骤（4）中修饰好的玻碳电极在氯金酸溶液中采用计时电流法制备金纳米-氮碳掺杂的二氧化硅-三维石墨烯（Au/N-C/SiO2/3D-GONs）玻碳电极；（6）将步骤（5）中修饰好的玻碳电极浸入含有双巯基修饰的GDNA溶液中培育2-4h；（7）把步骤（6）得到的复合电极侵入到含有氯高铁血红素溶液中10-16h。其中，G四联体DNA的序列5-(HS)2-CH-(CH2)5-CCCAAATTT-GGGTAGGGCGGGTTGGG-3’；所述二氧化硅和三维石墨烯的质量比为4:7，所述N和C的质量比为2:3。进一步的，步骤（4）所述氮碳掺杂的二氧化硅-三维石墨烯复合材料修饰的玻碳电极的制备方法为：取5.0-7.0mg氮碳掺杂的二氧化硅-三维石墨烯复合材料粉末先分散于10mLN-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中，超声1-1.5h，然后稀释，再取稀释好的溶液滴加到玻碳电极上，室温干燥6-8h。进一步的，步骤（5）所述金纳米-氮碳掺杂的二氧化硅-三维石墨烯玻碳电极的制备方法为：把步骤（4）得到的氮碳掺杂的二氧化硅-三维石墨烯玻碳电极在含有10-60µM的氯金酸溶液中采用计时电流法高电位为1.1V低电位为-1.0V沉积金纳米5-20s。对玻碳电极进行预处理方法为：将玻碳电极用α-A12O3抛光粉抛光；洗涤，分别在去离子水和乙醇中超声10min。进一步的，所述三维石墨烯的合成主要包括：将氧化石墨烯，配置成浓度为1mg·mL-1的氧化石墨烯溶胶，加入不锈钢反应釜内衬中，在180℃的条件下反应12h，反应结束后自然冷却至室温，再经过冷冻干燥。进一步的，所述二氧化硅-三维石墨烯的合成主要包括：取三维石墨烯加入到乙醇溶液中并超声30-45min，再加入氨丙基三乙氧基硅烷和氨水并磁力搅拌6h，再滴加体积比为19:1的乙醇/正硅酸四乙酯混合溶液，搅拌24h，最后离心、真空干燥。进一步的，二氧化硅-三维石墨烯复合材料进行氮碳掺杂主要包括：称取一定量的二氧化硅-三维石墨烯复合材料和多巴胺混合于pH=8.5的PBS缓冲溶液中加热到80℃并搅拌12h，然后离心、洗涤、真空干燥，再把获得的固体粉末放入管式炉中，在N2的氛围中以5℃·min-1的升温速率加热到700℃，保持1h。上述检测过氧化氢电化学生物传感器制备方法得到的检测过氧化氢的电化学生物传感器。上述检测过氧化氢的电化学生物传感器的应用，用于检测生物样品、化妆品等样品中的过氧化氢的含量。进一步的，过氧化氢的检测主要包括以下步骤：（1）用pH=7.4含有0.1M的KCl和0.1M的NaCl的磷酸缓冲溶液配置浓度为不同浓度的过氧化氢溶液；（2）利用所述电化学生物传感器在不同浓度的过氧化氢溶液中利用循环伏安法进行测试，记录下稳定电流值，并得到线性曲线；（3）取待检样品溶于pH=7.4含有0.1M的KCl和0.1M的NaCl的磷酸缓冲溶液中；（4）将所述电化学生物传感器作为工作电极在三电极系统中，用循环伏安法，以20-100mVs-1的扫描速度进行测试，并得到稳定的电流值，记录下电流值，与标准曲线对照计算出待测溶液的浓度。本专利技术的Au/N-C/SiO2/3D-GONs复合材料，既具有氧化石墨烯所有良好的性质，其独特的结构使其具有优异的热学、力学以及化学性质，并且由于是三维结构，不但增大了整个材料的比表面积还为G四联体的修饰引入了更多的活性位点。而且在金纳米、二氧化硅纳米粒子以及氮碳原子的相互协同作用，使整体性能有明显的增强，使导电能力、信号强度和灵敏度均增强。金纳米不但能够提供双巯基修饰的DNA分子修饰的位点，而且也可以增强修饰材料的导电能力。二氧化硅纳米粒子的加入不但可以增加复合材料的比表面积，负载更多的G四联体，而且在很大程度上增强了信号响应强度。由于石墨烯中存在碳碳双键，有较强的π-π*共轭效应，很容易发生团聚，氮原子和碳原子的引入不但可以增强复合材料的导电能力，还可以防止三维氧化石墨烯发生团聚。同时氮碳杂原子的掺杂可以在氧化石墨烯表面形成大量有效的催化活性位点，这些活性位点有利于加快电子的传递速率，促进过氧化氢的分解。层层组装得到的N-C/SiO2/3D-GONs复合材料分散性好，导电性好。将具有过氧化氢酶催化活性的DNA模拟酶通过非共价键吸附（包括静电组装或SH-与金、铂等的相互作用）的方式固定于这种复合材料上制备的生物传感器具有显著增强催化还原过氧化氢的作用。在本专利技术中，电极表面的金纳米和双巯基修饰的G四联体DNA通过Au-S化学键结合可以有效的固定G四联体DNA分子信标，由于DNA的末端引入了两个巯基，可以增强金纳米对双巯基修饰的DNA的吸附力，使DNA更牢固的吸附在电极表面。由于K+、Na+等阳离子的存在可以促进某些DNA聚合形成G四联体，所以在配置缓冲溶液时加入了0.1M的KCl和0.1M的NaCl。另一方面氯化血红素能够嵌入到G四联体结构中从而和G四联体DNA分子结合形成一种对过氧化氢具有催化活性的类过氧化氢酶。由于酶本身的高本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于检测过氧化氢的电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：（1）合成二氧化硅‑三维石墨烯复合材料；（2）对步骤（1）所得二氧化硅‑三维石墨烯复合材料进行氮碳掺杂；（3）对玻碳电极进行预处理；（4）采用滴涂法制备氮碳掺杂的二氧化硅‑三维石墨烯复合材料修饰的玻碳电极；（5）把步骤（4）中修饰好的玻碳电极在氯金酸溶液中采用计时电流法制备金纳米‑氮碳掺杂的二氧化硅‑三维石墨烯玻碳电极；（6）将步骤（5）中修饰好的玻碳电极浸入含有双巯基修饰的G DNA溶液中培育2‑4 h；（7）把步骤（6）得到的复合电极浸入到含有氯高铁血红素溶液中10‑16 h。
【技术特征摘要】
1.一种用于检测过氧化氢的电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：（1）合成二氧化硅-三维石墨烯复合材料；（2）对步骤（1）所得二氧化硅-三维石墨烯复合材料进行氮碳掺杂；（3）对玻碳电极进行预处理；（4）采用滴涂法制备氮碳掺杂的二氧化硅-三维石墨烯复合材料修饰的玻碳电极；（5）把步骤（4）中修饰好的玻碳电极在氯金酸溶液中采用计时电流法制备金纳米-氮碳掺杂的二氧化硅-三维石墨烯玻碳电极；（6）将步骤（5）中修饰好的玻碳电极浸入含有双巯基修饰的GDNA溶液中培育2-4h；（7）把步骤（6）得到的复合电极浸入到含有氯高铁血红素溶液中10-16h。2.根据权利要求1所述用于检测过氧化氢的电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，所述GDNA的序列为5’-(HS)2-CH-(CH2)5-CCCAAATTT-GGGTAGGGCGGGTTGGG-3’；所述二氧化硅和所述三维石墨烯的质量比为4:7，所述氮和碳的质量比为2:3。3.根据权利要求1所述用于检测过氧化氢的电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述氮碳掺杂的二氧化硅-三维石墨烯复合材料修饰的玻碳电极的制备方法为：取5.0-7.0mg氮碳掺杂的二氧化硅-三维石墨烯复合材料粉末先分散于10mLN-甲基吡咯烷酮溶液中，超声1-1.5h，然后稀释，再取稀释好的溶液滴加到玻碳电极上，室温干燥6-8h。4.根据权利要求1所述检测过氧化氢电化学生物传感器制备方法，其特征在于，步骤（5）所述金纳米-氮碳掺杂的二氧化硅-三维石墨烯玻碳电极的制备方法为：把步骤（4）得到的氮碳掺杂的二氧化硅-三维石墨烯玻碳电极在含有10-60µM的氯金酸溶液中采用计时电流法高电位为1.1V低电位为-1.0V沉积金纳米5-20s。5.根据权利要求1所述检测过氧化氢电化学生物传感器制备方法，其特征在于，所述三维石墨烯的合成主要包括：将氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨建英，郑增尧，徐宁，林旋琴，刘志宏，陈泽平，黄让明，方铭岳，
申请(专利权)人：广东省汕头市质量计量监督检测所，
类型：发明
国别省市：广东;44
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