本发明专利技术公开了一种一步还原沉积石墨烯/苯硼酸复合物用于葡萄糖检测的方法，该方法首先进行丝网印刷电极的制备，以及相应测试外设的制作；然后进行氧化石墨烯/苯硼酸复合物的合成，用于后续电极特异性修饰；其次使用循环伏安法实现一步法还原、沉积石墨烯/苯硼酸复合物于印刷碳电极表面，完成电极的特异性修饰；最后将修饰好的电极用于葡萄糖的检测中。本发明专利技术实现了还原、沉积石墨烯的一步完成，并将该技术应用于葡萄糖的检测过程中，具有操作步骤简单，装置便携通用，稳定性好等优点，能够适应即时生化检测的要求。
Method for detecting glucose by one-step reduction of deposited graphene / phenyl boronic acid compound
The invention discloses a one-step reduction deposition of graphene / phenylboronic acid complex method for glucose detection, the first method for screen printing electrode preparation, and making corresponding test peripherals; and then the synthesis of graphene oxide / phenylboronic acid complexes, for subsequent electrode specific modification; second use cycle voltammetry a one-step reduction and deposition of graphene / phenylboronic acid complexes on printed carbon electrode surface finish specific electrode modified electrode; finally the modified good for glucose detection. The invention realizes the reduction and deposition of graphene in one step, and the detection process of the application of the technology to glucose, with simple operation, portable device, good stability, able to adapt to the requirements of real-time biochemical detection.
【技术实现步骤摘要】
一种一步还原沉积石墨烯/苯硼酸复合物用于葡萄糖检测的方法
本专利技术涉及一种一步还原沉积石墨烯的技术，尤其涉及一种一步还原沉积石墨烯/苯硼酸复合物用于葡萄糖检测的方法。
技术介绍
氧化石墨烯具有大量的羧基可用于共价固定敏感物质，从而实现生化检测，但因较差电学性能限制了其在电化学传感中的应用。石墨烯具有大的比表面积、高的导电性和室温电子迁移率，电化学稳定性好，电荷传递电阻小等优点。氧化石墨烯可以通过化学、电化学、热还原等技术转化成还原氧化石墨烯(兼具石墨烯的性能)，提高其导电性与传感性。此外电化学生物传感的另一重要部分是修饰电极，电化学沉积通过循环电位电化学氧化还原方法，在电极表面可以形成稳定性好功能膜，具有重复性高、鲁棒性好等优点。电化学分析领域常用的传统电极有玻碳电极、金电极、铂电极等，这些电极的主要缺点在于生产成本高，通常需要复杂的前处理过程。而丝网印刷电极作为电化学分析的基础电极，具有能批量生产，可一次性使用，成本较低等优势，更利于便携式电化学生物传感器的开发。本专利技术通过一步法同步实现还原与沉积石墨烯在印刷电极表面，通过不同的特异性修饰，可实现稳定性好、灵敏度高的生化检测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种一步法还原沉积石墨烯的技术，尤其涉及一种一步法还原沉积石墨烯/苯硼酸复合物用于葡萄糖检测的方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种一步还原沉积石墨烯/苯硼酸复合物用于葡萄糖检测的方法，该方法在阻抗检测系统上实现，所述阻抗检测系统包括：丝网印刷电极测试系统(1)、电化学阻抗测试工作站(13)以及显示器(18)；丝网印刷电极测试系统(1)包含样品池(2)、密封圈(3)、碳工作电极(4)、碳对电极(5)、银/氯化银参比电极(6)、绝缘防水层(7)、导电银层(8)、电极转换插口(9)、对电极接口(10)、工作电极接口(11)、参比电极接口(12)；样品池(2)中空结构，放置于碳工作电极(4)上方，通过密封圈(3)与碳工作电极(4)密封连接；其中对电极接口(10)、工作电极接口(11)、参比电极接口(12)分别与电化学阻抗测试工作站(13)的测试对电极接口(14)、测试工作电极接口(15)、测试参比电极接口(16)通过导线相连。电化学测试工作站(13)则通过电源连接线(17)与显示器(18)相连，实现数据的实时监测；该方法包括以下步骤：(1)制备丝网印刷电极测试系统(1)，制备碳-碳-银/氯化银三电极，以及外设装置，具体包括以下步骤：(1.1)选材：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为软性材料基底，电极油墨分别为碳油墨、银油墨、银/氯化银油墨；(1.2)在PET基底上印刷导电银油墨，形成宽1mm的电极条，作为导电银层(8)，并在120℃烘箱内热固化30min；(1.3)印刷绝缘油墨覆盖中间导电部分，形成绝缘防水层(7)，并在80℃烘箱内热固化10min；(1.4)印刷导电碳油墨，分别形成直径5mm的碳工作电极(4)和圆弧状碳对电极(5)，宽度为1mm，并在80℃烘箱内热固化20min；(1.5)印刷银/氯化银油墨，形成圆弧状银/氯化银参比电极(6)，宽度为1mm，并在80℃烘箱内热固化10min。最后得到的丝网印刷电极面积为18mm*6mm(长*宽)，其中碳工作电极(4)的直径为5mm。(1.6)在导电银层(8)的末端设置电极转换插口(9)，使得印刷电极的三电极方便的与电化学工作站连接；碳工作电极(4)上方通过密封圈(3)固定中空结构的样品池(2)，保证溶液在固定的电极范围内反应，密封圈(3)一方面用来保证反应液体集中在工作电极中心，一方面防止液体外流，影响检测结果。(2)氧化石墨烯/苯硼酸复合物合成，具体包括以下子步骤：(2.1)前置液的配制：配置浓度为1mg/mL的氧化石墨烯3mL，浓度为2mg/mL的EDC(1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)1.5mL，浓度为3mg/mL的NHS(N-羟基琥珀亚胺)1.5mL，浓度为1mg/mL的苯硼酸4mL，上述溶剂均为去离子水；(2.2)氧化石墨烯/苯硼酸复合物合成；取上述配好的氧化石墨烯3mL于一容积为15mL的离心管中，加入1.5mL的EDC，振荡器振荡2min，冰水浴超声1h，使氧化石墨烯中的羧基充分被EDC活化，利于后续复合物合成；取上述配好的苯硼酸4mL加入超声后的溶液中，振荡器振荡2min，加1.5mL的NHS作为脱水缩合的保护剂，再次振荡2min，放入冰箱静至4h，完成复合物制备，最终该复合物总量为10mL。(3)一步法还原沉积石墨烯/苯硼酸于印刷电极，具体包括以下子步骤：(3.1)电极活化：取10uL饱和硫酸钠溶液作为电极活化电解液于丝网印刷电极测试系统(1)的样品池(2)中，利用电化学循环伏安法对印刷电极进行活化，电压范围为-1.2V至+1.2V，扫描步径为50mV/s，扫描圈数为10圈，得到经过活化的印刷电极；(3.2)取5uL步骤(2.2)制备的氧化石墨烯/苯硼酸复合物于丝网印刷电极测试系统(1)的样品池(2)中，再加入5uL饱和硫酸钠溶液作为电解液，利用电化学循环伏安法对活化后的印刷电极进行特异性修饰，电压范围为-1.2V至+1.2V，扫描步径为50mV/s，扫描圈数为40圈，得到修饰了还原氧化石墨烯/苯硼酸的印刷电极；(4)葡萄糖特异性检测，具体包括以下子步骤：(4.1)标准溶液制配：配制浓度分别为0.1mM,0.2mM,0.5mM,1.0mM,2.0mM,5.0mM,10.0mM,20.0mM和50mM的葡萄糖标准溶液，溶剂为去离子水；(4.2)葡萄糖电化学阻抗检测：使用步骤(3.2)得到的修饰了还原氧化石墨烯/苯硼酸的印刷电极，将5uL的0.1mM的葡萄糖标准溶液滴加在丝网印刷电极测试系统(1)的样品池(2)中，利用电化学阻抗检测方法对该浓度下对应的阻抗图谱进行检测；0.2mM,0.5mM,1.0mM,2.0mM,5.0mM,10.0mM,20.0mM和50mM浓度的葡萄糖阻抗检测同上；(4.3)数据处理：按照等效电路，提取电极表面的转移电阻Rct的值，对阻值数据进行归一化处理，得到归一化处理结果NIC与葡萄糖浓度的标准曲线；归一化的具体计算公式：NIC＝(Za-Zb)/Zb，其中Za代表葡萄糖溶液测试结果，Zb代表将去离子水作为待测溶液的空白对照结果；(4.4)将待测浓度的葡萄糖溶液根据步骤(4.2)得到阻抗图谱，根据步骤(4.3)得到阻值数据的归一化处理，带入步骤(4.3)建立的标准曲线中，得到待测葡萄糖溶液的浓度。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术首次通过一步法同步实现还原与沉积石墨烯在印刷电极表面，利用电化学沉积的方法，具体是通过循环电位电化学氧化还原方法，在电极表面形成稳定性好的功能膜，具有重复性高、鲁棒性好等优点，大大提升了电极修饰的稳定性和灵敏性，简化修饰过程，实现了无毒、绿色、以及高效的修饰过程。2、氧化石墨烯具有大量的羧基可用于共价固定敏感物质，从而广泛应用于生化检测，但氧化石墨烯因较差电学性能限制了其在电化学传感中的应用；石墨烯具有大的比表面积、高的导电性和室温电子迁移率，电化学稳定性好，电荷传递电阻小等优点，但生物敏感性差。本专利技术通过绿色环保的电化学还原的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种一步还原沉积石墨烯/苯硼酸复合物用于葡萄糖检测的方法，其特征在于，该方法在阻抗检测系统上实现，所述阻抗检测系统包括：丝网印刷电极测试系统(1)、电化学阻抗测试工作站(13)以及显示器(18)；丝网印刷电极测试系统(1)包含样品池(2)、密封圈(3)、碳工作电极(4)、碳对电极(5)、银/氯化银参比电极(6)、绝缘防水层(7)、导电银层(8)、电极转换插口(9)、对电极接口(10)、工作电极接口(11)、参比电极接口(12)；样品池(2)中空结构，放置于碳工作电极(4)上方，通过密封圈(3)与碳工作电极(4)密封连接；其中对电极接口(10)、工作电极接口(11)、参比电极接口(12)分别与电化学阻抗测试工作站(13)的测试对电极接口(14)、测试工作电极接口(15)、测试参比电极接口(16)通过导线相连。电化学测试工作站(13)则通过电源连接线(17)与显示器(18)相连，实现数据的实时监测；该方法包括以下步骤：(1)制备丝网印刷电极测试系统(1)，制备碳‑碳‑银/氯化银三电极，以及外设装置，具体包括以下步骤：(1.1)选材：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为软性材料基底，电极油墨分别为碳油墨、银油墨、银/氯化银油墨；(1.2)在PET基底上印刷导电银油墨，形成宽1mm的电极条，作为导电银层(8)，并在120℃烘箱内热固化30min；(1.3)印刷绝缘油墨覆盖中间导电部分，形成绝缘防水层(7)，并在80℃烘箱内热固化10min；(1.4)印刷导电碳油墨，分别形成直径5mm的碳工作电极(4)和圆弧状碳对电极(5)，宽度为1mm，并在80℃烘箱内热固化20min；(1.5)印刷银/氯化银油墨，形成圆弧状银/氯化银参比电极(6)，宽度为1mm，并在80℃烘箱内热固化10min。最后得到的丝网印刷电极面积为18mm*6mm(长*宽)，其中碳工作电极(4)的直径为5mm。(1.6)在导电银层(8)的末端设置电极转换插口(9)，使得印刷电极的三电极方便的与电化学工作站连接；碳工作电极(4)上方通过密封圈(3)固定中空结构的样品池(2)，保证溶液在固定的电极范围内反应，密封圈(3)一方面用来保证反应液体集中在工作电极中心，一方面防止液体外流，影响检测结果。(2)氧化石墨烯/苯硼酸复合物合成，具体包括以下子步骤：(2.1)前置液的配制：配置浓度为1mg/mL的氧化石墨烯3mL，浓度为2mg/mL的EDC(1‑(3‑二甲基氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐)1.5mL，浓度为3mg/mL的NHS(N‑羟基琥珀亚胺)1.5mL，浓度为1mg/mL的苯硼酸4mL，上述溶剂均为去离子水；(2.2)氧化石墨烯/苯硼酸复合物合成；取上述配好的氧化石墨烯3mL于一容积为15mL的离心管中，加入1.5mL的EDC，振荡器振荡2min，冰水浴超声1h，使氧化石墨烯中的羧基充分被EDC活化，利于后续复合物合成；取上述配好的苯硼酸4mL加入超声后的溶液中，振荡器振荡2min，加1.5mL的NHS作为脱水缩合的保护剂，再次振荡2min，放入冰箱静至4h，完成复合物制备，最终该复合物总量为10mL。(3)一步法还原沉积石墨烯/苯硼酸于印刷电极，具体包括以下子步骤：(3.1)电极活化：取10uL饱和硫酸钠溶液作为电极活化电解液于丝网印刷电极测试系统(1)的样品池(2)中，利用电化学循环伏安法对印刷电极进行活化，电压范围为‑1.2V至+1.2V，扫描步径为50mV/s，扫描圈数为10圈，得到经过活化的印刷电极；(3.2)取5uL步骤(2.2)制备的氧化石墨烯/苯硼酸复合物于丝网印刷电极测试系统(1)的样品池(2)中，再加入5uL饱和硫酸钠溶液作为电解液，利用电化学循环伏安法对活化后的印刷电极进行特异性修饰，电压范围为‑1.2V至+1.2V，扫描步径为50mV/s，扫描圈数为40圈，得到修饰了还原氧化石墨烯/苯硼酸的印刷电极；(4)葡萄糖特异性检测，具体包括以下子步骤：(4.1)标准溶液制配：配制浓度分别为0.1mM,0.2mM,0.5mM,1.0mM,2.0mM,5.0mM,10.0mM,20.0mM和50mM的葡萄糖标准溶液，溶剂为去离子水；(4.2)葡萄糖电化学阻抗检测：使用步骤(3.2)得到的修饰了还原氧化石墨烯/苯硼酸的印刷电极，将5uL的0.1mM的葡萄糖标准溶液滴加在丝网印刷电极测试系统(1)的样品池(2)中，利用电化学阻抗检测方法对该浓度下对应的阻抗图谱进行检测；0.2mM,0.5mM,1.0mM,2.0mM,5.0mM,10.0mM,20.0mM和50mM浓度的葡萄糖阻抗检测同上；(4.3)数据处理：按照等效电路，提取电极表面的转移电阻R...
【技术特征摘要】
1.一种一步还原沉积石墨烯/苯硼酸复合物用于葡萄糖检测的方法，其特征在于，该方法在阻抗检测系统上实现，所述阻抗检测系统包括：丝网印刷电极测试系统(1)、电化学阻抗测试工作站(13)以及显示器(18)；丝网印刷电极测试系统(1)包含样品池(2)、密封圈(3)、碳工作电极(4)、碳对电极(5)、银/氯化银参比电极(6)、绝缘防水层(7)、导电银层(8)、电极转换插口(9)、对电极接口(10)、工作电极接口(11)、参比电极接口(12)；样品池(2)中空结构，放置于碳工作电极(4)上方，通过密封圈(3)与碳工作电极(4)密封连接；其中对电极接口(10)、工作电极接口(11)、参比电极接口(12)分别与电化学阻抗测试工作站(13)的测试对电极接口(14)、测试工作电极接口(15)、测试参比电极接口(16)通过导线相连。电化学测试工作站(13)则通过电源连接线(17)与显示器(18)相连，实现数据的实时监测；该方法包括以下步骤：(1)制备丝网印刷电极测试系统(1)，制备碳-碳-银/氯化银三电极，以及外设装置，具体包括以下步骤：(1.1)选材：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为软性材料基底，电极油墨分别为碳油墨、银油墨、银/氯化银油墨；(1.2)在PET基底上印刷导电银油墨，形成宽1mm的电极条，作为导电银层(8)，并在120℃烘箱内热固化30min；(1.3)印刷绝缘油墨覆盖中间导电部分，形成绝缘防水层(7)，并在80℃烘箱内热固化10min；(1.4)印刷导电碳油墨，分别形成直径5mm的碳工作电极(4)和圆弧状碳对电极(5)，宽度为1mm，并在80℃烘箱内热固化20min；(1.5)印刷银/氯化银油墨，形成圆弧状银/氯化银参比电极(6)，宽度为1mm，并在80℃烘箱内热固化10min。最后得到的丝网印刷电极面积为18mm*6mm(长*宽)，其中碳工作电极(4)的直径为5mm。(1.6)在导电银层(8)的末端设置电极转换插口(9)，使得印刷电极的三电极方便的与电化学工作站连接；碳工作电极(4)上方通过密封圈(3)固定中空结构的样品池(2)，保证溶液在固定的电极范围内反应，密封圈(3)一方面用来保证反应液体集中在工作电极中心，一方面防止液体外流，影响检测结果。(2)氧化石墨烯/苯硼酸复合物合成，具体包括以下子步骤：(2.1)前置液的配制：配置浓度为1mg/mL的氧化石墨烯3mL，浓度为2mg/mL的EDC(1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)1.5mL，浓度为3mg/mL的NHS(N-羟基琥珀...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘清君，李爽，张倩，卢研利，吴佳佳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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