一种MOF模板无酶超氧阴离子电化学传感器及其修饰的玻碳电极的制备制造技术

本发明专利技术提供了一种新型MOF模板无酶超氧阴离子电化学传感器的制备方法，以金属节点为钴纳米粒子的金属有机框架材料（MOF）与碳纳米管（MWCNTs）为前躯体，对其进行碳化及进一步的氧化，制得一种小颗粒纳米粒子Co

【技术实现步骤摘要】
一种MOF模板无酶超氧阴离子电化学传感器及其修饰的玻碳电极的制备
本专利技术涉及一种无酶超氧阴离子电化学传感器材料，尤其涉及一种MOF（金属有机骨架材料）模板无酶超氧阴离子电化学传感器的制备方法；本专利技术同时还涉及该电化学传感器修饰的玻碳电极的制备方法，用于对活细胞中超氧阴离子（O2•−）的电化学检测，属于电化学检测领域和生理学及病理学研究领域。
技术介绍
活性氧(ROS)是重要的细胞内信号分子，主要用于调节DNA损伤、蛋白质合成、细胞凋亡等等。其中，超氧阴离子(O2•−)作为最重要且最活跃的ROS之一，参与了许多生理和病理过程，会对生物器官造成损伤。近年来，O2•−浓度与人类健康之间的关系引起了极大关注。从体内应用学的角度，要求O2•−的动态检测线性范围宽，不仅在毫摩尔、微摩尔的摩尔浓度，甚至需要延伸至纳摩尔级别的摩尔浓度。与此同时，由于O2•−极不稳定，很容易衰变为其它活性氧单元。因此，建立高效、可靠的定性定量检测方法仍是一个难点。电化学方法由于其简单易用、低成本、可靠性高、灵敏度高、选择性好、检出限低而受到广泛关注。研究较为广泛的是将铜-锌超氧化物歧化酶(Cu-ZnSOD）固定在电极表面构建酶传感器。然而，由于酶的活性中心被表面蛋白质覆盖，造成电子传递困难。此外，酶的价格昂贵，容易失活，对环境要求较高，酶电极的制备较为繁琐且不易储存，这些不足都大大限制了酶传感器的发展。因此，研制具有低检测限的无酶超氧阴离子传感器就显得尤为重要。随着纳米技术的发展，纳米材料尤其是贵金属及金属氧化物，在改善传感器性能方面起着至关重要的作用。贵金属及金属氧化物由于其可以降低O2•−在裸电极上的过电位，故在电化学传感器中可以很好地代替酶来催化O2•−，因而被广泛用于O2•−传感器的构建。Co3O4对于活性氧的氧化具有很好的电催化活性，从而被广泛关注及应用。然而，O2•−传感器的催化性能与Co3O4纳米粒子的大小、形状、结晶度及分布情况有着密切的关系。因此，选择一种合适的Co3O4合成方法非常重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于MOF模板的无酶超氧阴离子电化学传感器的制备方法；本专利技术的另一目的是一种基于上述电化学传感器修饰的的玻碳电极的制备方法，主要用于对活细胞中的O2•−进行检测。一、MOF模板无酶超氧阴离子电化学传感器的制备本专利技术以金属节点为钴纳米粒子的金属有机框架材料与碳纳米管（MWCNTs）为前躯体，对其进行碳化及进一步的氧化，制得一种小颗粒四氧化三钴纳米粒子Co3O4@C-MWCNTs复合材料。其具体制备工艺如下：（1）MOF-MWCNTs复合材料的制备：将六水合硝酸钴、苯并咪唑以及多壁碳纳米管超声分散于二甲基甲酰胺中，以3~5℃/min的速率加热加热至100~130℃并保持24~36h，之后以0.2~0.4℃/min降至室温，得到的灰紫色晶体，离心，洗涤，真空干燥，得MOF-MWCNTs复合材料；六水合硝酸钴与苯并咪唑的质量比为1:0.8~1:1；碳纳米管的用量为六水合硝酸钴及苯并咪唑总质量的5~50%。（2）Co3O4@C-MWCNTs复合材料的合成：将上述制备的MOF-MWCNTs复合材料置于管式炉中，氩气保护下以1~3℃/min的速率加热至500~700℃并恒温1.5~2h，随后降至室温，得到黑色粉末；黑色粉末继续在管式炉中以1~2℃/min的速率加热至200~250℃并恒温60~90min，随后降至室温，得到Co3O4@C-MWCNTs复合材料。二、修饰电极的制备及电化学性能1、修饰电极的制备（1）玻碳电极预处理：将经清洗处理的玻碳电极插入含有1.0mM铁氰化钾探针分子的0.1M氯化钾电解质溶液中，并采用以玻碳电极为工作电极、铂柱为对电极、饱和甘汞电极为参比电极组成的三电极体系进行循环伏安扫描；取出电极用二次蒸馏水冲洗并吹干。循环伏安扫描的工艺条件为：扫速：50mV/s，扫描电位窗设置为-0.8V~0.2V，扫描圈数为3~4圈。（2）Co3O4@C-MWCNTs修饰电极的制备：将Co3O4@C-MWCNTs复合材料溶于水与乙醇的混合液中，配成0.2~1.0mg/mL的分散液，然后滴涂在上述处理好的玻碳电极上，室温干燥，制得Co3O4@C-MWCNTs修饰玻碳电极。水与乙醇的混合液中，二者的体积比为1:0.5~1:2。2、修饰电极的电化学性能测试以Co3O4@C-MWCNTs修饰电极为工作电极、铂柱为对电极、饱和甘汞电极为参比电极组成三电极体系，将其共同浸入含有1.0mMO2•−的N2饱和的0.2MpH=7.0的磷酸盐缓冲溶液中进行循环伏安扫描。电化学表征结果表明（图3），Co3O4@C-MWCNTs/GCE对O2•−的还原有明显的电催化作用，以MOF为模板合成的Co3O4@C-MWCNTs复合材料，不仅有效的提高了修饰电极的导电性，改善了Co3O4纳米粒子的大尺寸及团聚现象，另外，该复合材料具有大的比表面积及介孔结构，为快速捕获溶液中的O2•−提供条件，进一步提高O2•−在修饰电极上的电化学响应。本专利技术相对于现有技术具有以下优点：1、本专利技术利用MOF为模板构建了一种新型的Co3O4@C-MWCNTs无酶O2•−传感器，相比于传统酶传感器，该传感器制备简单，易操作，成本低，可以长期保存使用；2、本专利技术的修饰电极对O2•−有超灵敏的电化学响应，宽的线性范围：5.00×10-12~1.00×10-4mol/L，低的检测限：1.67×10-12mol/L，以及好的稳定性和重复性等优点，在生命病理分析中具有极大的潜在价值，并有望应用于与O2•−有关的医学疾病诊断。附图说明图1为本专利技术所制备不同材料的透射电镜图（TEM）。其中，A：MOF；B：Co3O4@C复合材料；C、D：Co3O4@C-MWCNTs复合材料。图2为本专利技术所制备不同材料的扫描电镜图（SEM）。其中，A：MOF；B：MWCNTs；C：Co3O4@C复合材料；D：Co3O4@C-MWCNTs复合材料Co3O4@C-MWCNTs复合材料(插图为Co3O4的粒度分布图)。E图和F图分别为MWCNTs与Co3O4@C-MWCNTs复合材料的X射线衍射图（XRD）和拉曼光谱图（Raman）。图3为a:裸电极；b:Co3O4@C-MWCNTs/GCE在含有1.0mM的O2•−的N2饱和的0.2MPBS（pH=7.0）中的循环伏安曲线。c是Co3O4@C-MWCNTs/GCE在不含O2•−的N2饱和的0.2MPBS（pH=7.0）中的循环伏安曲线。图4为Co3O4@C-MWCNTs/GCE对不同浓度的O2•−检测的线性扫描伏安曲线图（图4A，4C）及O2•−的还原峰电流与其浓度之间的线性关系图（图4B，4D）。图5为Co3O4@C-MWCNTs/GCE在含有1×105个鼠肾上腺嗜铬细胞（PC12）的生理PBS缓冲溶液中不同情况下检测PC12释放出的O2•−的计时电流曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。仪器和药品：CHI660C电化学工作站（上海辰华仪器公司）用于进行循环伏安、线性扫描伏安、计时电流的实验，石英管加热式自动双重纯水蒸馏器（1810B，上海亚太技术玻璃公司）用于蒸超纯水。电子天平（北京赛多利斯仪器有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MOF模板无酶超氧阴离子电化学传感器的制备方法，包括以下工艺步骤：（1）MOF‑MWCNTs复合材料的制备：将六水合硝酸钴、苯并咪唑以及碳纳米管超声分散于二甲基甲酰胺中，以3~5℃/min的速率加热至100~130℃并保持24~36h，之后以0.2~0.4℃/min降至室温，得到的灰紫色晶体，离心，洗涤，真空干燥，得MOF‑MWCNTs复合材料；（2）Co

【技术特征摘要】
1.一种MOF模板无酶超氧阴离子电化学传感器的制备方法，包括以下工艺步骤：（1）MOF-MWCNTs复合材料的制备：将六水合硝酸钴、苯并咪唑以及碳纳米管超声分散于二甲基甲酰胺中，以3~5℃/min的速率加热至100~130℃并保持24~36h，之后以0.2~0.4℃/min降至室温，得到的灰紫色晶体，离心，洗涤，真空干燥，得MOF-MWCNTs复合材料；（2）Co3O4@C-MWCNTs复合材料的合成：将上述制备的MOF-MWCNTs复合材料置于管式炉中，氩气保护下以1~3℃/min的速率加热至500~700℃并恒温1.5~2h，随后降至室温，得到黑色粉末；黑色粉末继续在管式炉中以1~2℃/min的速率加热至200~250℃并恒温60~90min，随后降至室温，得到Co3O4@C-MWCNTs复合材料。2.如权利要求1所述MOF模板无酶超氧阴离子电化学传感器的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，六水合硝酸钴与苯并咪唑的质量比为1:0.8~1:1。3.如权利要求1所述MOF模板无酶超氧阴离子电化学...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秀辉，刘岳麟，郭志盼，刘一丹，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62