碳包覆磁性铁氧体修饰的葡萄糖传感器酶电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于碳包覆磁性铁氧体修饰的葡萄糖传感器酶电极的制备方法，涉及电化学传感技术领域。本发明专利技术提供了一种新型制备碳包覆磁性铁氧体的方法，并将其运用在制作葡萄糖传感器酶电极中，基于碳包覆磁性铁氧体具有比表面积大、生物相容性好的特点，采用碳包覆磁性铁氧体修饰酶电极有利于葡萄糖氧化酶的固定，增加电极表面酶的负载量；同时，本发明专利技术采用磁性功能化石墨，其表面颗粒具有粒径小、导电性好、吸附能力强的特点，减少了葡萄糖氧化酶活性中心与电极之间的距离，有利于电子快速传递。本发明专利技术提供的葡萄糖传感器酶电极在应用中具有性能稳定、灵敏度高的优势，可广泛应用于临床、医药以及食品工业等领域。

Method for preparing glucose sensor enzyme electrode modified by carbon coated magnetic ferrite

The invention discloses a preparation method of a glucose sensor enzyme electrode based on carbon coated magnetic ferrite, which relates to the field of electrochemical sensing technology. The present invention provides a novel method for preparing carbon coated magnetic ferrite, and its application in the production of glucose sensor enzyme electrode, carbon coated magnetic ferrite with a large surface area and good biocompatibility, based on the characteristics of the carbon coated magnetic ferrite modified enzyme electrode for glucose the increase of load fixed enzyme, enzyme electrode surface; at the same time, the invention adopts magnetic ink particles on the surface of the fossil, has the characteristics of small size, good conductivity, strong adsorption capacity, reduced between the glucose oxidase activity center and electrode distance for fast electron transfer. The glucose sensor enzyme electrode provided by the invention has the advantages of stable performance and high sensitivity, and can be widely used in clinical, medical and food industry fields.

【技术实现步骤摘要】
碳包覆磁性铁氧体修饰的葡萄糖传感器酶电极的制备方法
本专利技术属于电化学传感
，具体为一种基于碳包覆磁性铁氧体修饰的葡萄糖传感器酶电极的制备方法。
技术介绍
葡萄糖是动植物体内碳水化合物的主要组成部分，其定量测定在生物化学、临床化学和食品分析中具有重要的地位。葡萄糖传感器是生物传感器领域研究最多的生物传感器。目前以葡萄糖氧化酶为基础的酶电极葡萄糖传感器正受到越来越广泛的关注。葡萄糖氧化酶酶(GOx)是一种能对β-D-葡萄糖进行专一性催化的高分子物质。利用其高催化活性和生物分子识别的特点，GOx常被选为葡萄糖传感器中首选的活性物质，具体机理为：葡萄糖氧化酶酶(GOx)氧化葡萄糖为葡萄糖酸，并且放出电子，同时溶液中的氧气被还原为过氧化氢，通过检测生成的过氧化氢能够反映葡萄糖的含量。现有技术中，将葡萄糖氧化酶酶(GOx)固定在具有生物相容性的电极表面可发生一个相当快的电子传递反应，利用该电子传递性质可以对底物分子进行电化学测定。然而，葡萄糖氧化酶酶(GOx)的氧化还原活性中心黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)被包埋在一层厚厚的蛋白质中，不能接近电极表面，难以实现黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)与电极间的快速的电子传递。因此如何对电极表面进行修饰和处理，在实现固定葡萄糖氧化酶的同时，能够减小葡萄糖氧化酶酶(GOx)的活性中心与电极表面之间的距离，进而实现黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)的快速电子传递，成为葡萄糖传感器应用需要解决的技术问题。
技术实现思路
鉴于克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于碳包覆磁性铁氧体修饰的葡萄糖传感器酶电极的制备方法，该制备方法制得的葡萄糖传感器酶电极能够实现黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)与电极间的快速的电子传递，具有线性范围广、性能稳定、灵敏度高、生物相容性好的特点。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于碳包覆磁性铁氧体修饰的葡萄糖传感器酶电极的制备方法，包括如下步骤：步骤A：制备碳包覆磁性铁氧体；A1：将草酸亚铁溶解于酸溶液中制得草酸亚铁酸性溶液，在惰性气体氛围下搅拌均匀，并逐滴加入三乙胺至溶液颜色不再加深为止，继续搅拌至溶液中产生墨绿色颗粒，得到第一混合溶液；A2：将氧化石墨经超声处理溶解于去离子水中制得氧化石墨溶液；将所述第一混合溶液与氧化石墨溶液混合制得第二混合溶液，在惰性气体氛围下搅拌6～24小时，然后将溶液滤出后充分洗涤磁性产物，将所述磁性产物在真空条件下进行高温处理，制得碳包覆磁性铁氧体；步骤B：制备葡萄糖传感器酶电极；将步骤A制得的碳包覆磁性铁氧体溶解于去离子水中制得碳包覆磁性铁氧体悬浮液，然后将碳包覆磁性铁氧体悬浮液滴蘸在经过预处理的工作电极上，常温条件下在惰性气体氛围中进行干燥处理；然后将葡萄糖氧化酶溶解于pH缓冲液配制得到葡萄糖氧化酶溶液，所述pH缓冲液的pH值为6.8～7.4，采用物理吸附法将葡萄糖氧化酶固定在所述工作电极上，经干燥处理得到葡萄糖传感器酶电极。本专利技术中步骤A中酸溶液的pH值为3～6，优选为pH＝4的酸溶液；具体组成可以包括稀盐酸、稀硫酸等。本专利技术中步骤A中工作电极可以为任何合适的惰性电极，具体为玻碳电极、金电极或者铂电极，作为优选实施方式，选择玻碳电极作为工作电极。本专利技术中步骤A中氧化石墨可以直接采用市售氧化石墨，也可以将石墨粉在酸性条件下氧化制备而成，根据本专利技术优选实施例，氧化石墨的制备方法如下：将石墨粉与质量分数为98％的浓硫酸(简称为98％浓硫酸)混合，其中：石墨粉与98％浓硫酸的混合比例为1g石墨粉与20mL～25mL98％浓硫酸混合，将上述混合溶液置于冰水浴中混合均匀；依次加入硝酸钠和高锰酸钾，使得硝酸钾、高锰酸钾与石墨粉的质量比为0.5～1∶5～8∶2，在常温下对溶液进行搅拌，继而对溶液升温进行搅拌，然后加入去离子水进行稀释后升温至95℃～100℃搅拌均匀，最后加适量去离子水和适量质量份数为30％的过氧化氢溶液终止反应；静置处理后除去上清液得到产物，将上述产物进行离心处理(转速为8000rpm～12000rpm)，离心所得产物首先通过多次酸洗处理，然后再通过多次水洗处理，水洗至溶液无SO42-被检测出为止；最终通过干燥处理得到氧化石墨(烘干温度为40℃～80℃)。本专利技术中步骤A中氧化石墨溶液的浓度为0.5mg/mL～2mg/mL。本专利技术中步骤A中第二混合溶液中碳元素与铁元素的质量比为1∶4～11，最佳比例为10∶78。通过调控草酸亚铁、三乙胺和氧化石墨之间的不同配比，能够得到具有不同的磁性和结构特征的碳包覆磁性铁氧体。本专利技术中步骤A中高温处理的温度为120℃～200℃，处理时间为8～24小时。本专利技术中步骤B中碳包覆磁性铁氧体悬浮液的浓度为0.5mg/mL～2mg/mL。本专利技术中步骤B中葡萄糖氧化酶溶液的浓度为1mg/mL～10mg/mL。本专利技术中步骤B中pH缓冲液是通过磷酸二氢钠或者磷酸二氢钾与磷酸氢二钠或者磷酸氢二钾共同溶解于水中配制而成。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种新型制备碳包覆磁性铁氧体的方法，并将其运用在制作葡萄糖传感器酶电极中，基于碳包覆磁性铁氧体具有比表面积大、生物相容性好的特点，采用碳包覆磁性铁氧体修饰酶电极有利于葡萄糖氧化酶的固定，增加电极表面酶的负载量；同时，本专利技术采用磁性功能化石墨，其表面颗粒具有粒径小、导电性好、吸附能力强的特点，减少了葡萄糖氧化酶活性中心与电极之间的距离，有利于电子快速传递。根据本专利技术具体实施例可以看出本专利技术提供的基于碳包覆磁性铁氧体修饰的葡萄糖传感器酶电极能够对浓度在0.5～10mM范围内的葡萄糖溶液进行检测，并且具有性能稳定、灵敏度高的优势。此外，本专利技术提供的制备基于碳包覆磁性铁氧体修饰的葡萄糖传感器酶电极的方法流程简单，成本低廉，可广泛应用于临床、医药以及食品工业等领域。附图说明图1是本专利技术实施例制得氧化石墨的扫描电镜图。图2是本专利技术实施例制得碳包覆磁性铁氧体的扫描电镜图。图3是本专利技术实施例制得碳包覆磁性铁氧体的能量色散谱(EDAX)。图4是本专利技术实施例制得碳包覆磁性铁氧体的X射线衍射图。图5是碳包覆磁性铁氧体葡萄糖传感器酶电极和未滴加碳包覆磁性铁氧体悬浮液制备的酶电极在缓冲液中50mV/s下的循环伏安曲线图。图6是在缓冲盐中逐渐加入葡萄糖的传感器计时电流曲线图。图7是计时电流曲线的拟合曲线。具体实施方式以下通过具体实施例结合说明书附图对本专利技术进行详细说明：实施例1：制备氧化石墨的方法，具体包括如下步骤：准确称量1克石墨粉与23mL质量分数为98％的浓硫酸，将二者放于同一容器中，并置于4℃冰水浴中混合均匀；依次缓慢加入0.5g硝酸钠和3g高锰酸钾，在常温下搅拌30分钟，继而将溶液升温至35℃继续搅拌30分钟，然后缓慢加入去离子水升温至98℃搅拌30分钟，最后加入140mL去离子水和30mL质量份数为30％的过氧化氢溶液终止反应；静置处理后除去上清液得到产物，将上述产物进行离心处理(转速为9000rpm)，离心所得产物首先通过1～2次酸洗处理，然后再通过多次水洗处理，直至溶液无SO42-被检测出为止；最终在50℃的温度下烘干得到氧化石墨。如图1所示为本实施例制得氧化石墨的扫描电镜图，从图中可以看出：制备的氧化石墨结构疏松，呈多层结构，适合磁性铁氧体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于碳包覆磁性铁氧体修饰的葡萄糖传感器酶电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A：制备碳包覆磁性铁氧体；A1：将草酸亚铁溶解于酸溶液中制得草酸亚铁酸性溶液，在惰性气体氛围下搅拌均匀，并逐滴加入三乙胺至溶液颜色不再加深为止，继续搅拌至溶液中产生墨绿色颗粒，得到第一混合溶液；A2：将氧化石墨经超声处理溶解于去离子水中制得氧化石墨溶液；将所述第一混合溶液与氧化石墨溶液混合制得第二混合溶液，在惰性气体氛围下搅拌6～24小时，然后将溶液滤出后充分洗涤磁性产物，将所述磁性产物在真空条件下进行高温处理，制得碳包覆磁性铁氧体；步骤B：制备葡萄糖传感器酶电极；将步骤A制得的碳包覆磁性铁氧体溶解于水中制得碳包覆磁性铁氧体悬浮液，然后将碳包覆磁性铁氧体悬浮液滴蘸在经过预处理的工作电极上，常温条件下在惰性气体氛围中进行干燥处理；然后将葡萄糖氧化酶溶解于pH缓冲液配制得到葡萄糖氧化酶溶液，所述pH缓冲液的pH值为6.8～7.4，采用物理吸附法将葡萄糖氧化酶固定在所述工作电极上，经干燥处理得到葡萄糖传感器酶电极。

【技术特征摘要】
1.一种基于碳包覆磁性铁氧体修饰的葡萄糖传感器酶电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A：制备碳包覆磁性铁氧体；A1：将草酸亚铁溶解于酸溶液中制得草酸亚铁酸性溶液，在惰性气体氛围下搅拌均匀，并逐滴加入三乙胺至溶液颜色不再加深为止，继续搅拌至溶液中产生墨绿色颗粒，得到第一混合溶液；A2：将氧化石墨经超声处理溶解于去离子水中制得氧化石墨溶液；将所述第一混合溶液与氧化石墨溶液混合制得第二混合溶液，在惰性气体氛围下搅拌6～24小时，然后将溶液滤出后充分洗涤磁性产物，将所述磁性产物在真空条件下进行高温处理，制得碳包覆磁性铁氧体；步骤B：制备葡萄糖传感器酶电极；将步骤A制得的碳包覆磁性铁氧体溶解于水中制得碳包覆磁性铁氧体悬浮液，然后将碳包覆磁性铁氧体悬浮液滴蘸在经过预处理的工作电极上，常温条件下在惰性气体氛围中进行干燥处理；然后将葡萄糖氧化酶溶解于pH缓冲液配制得到葡萄糖氧化酶溶液，所述pH缓冲液的pH值为6.8～7.4，采用物理吸附法将葡萄糖氧化酶固定在所述工作电极上，经干燥处理得到葡萄糖传感器酶电极。2.根据权利要求1所述的一种基于碳包覆磁性铁氧体修饰的葡萄糖传感器酶电极的制备方法，其特征在于，所述工作电极为玻碳电极、金电极或者铂电极。3.根据权利要求1所述的一种基于碳包覆磁性...

【专利技术属性】
技术研发人员：王焱，刘新宇，冯哲圣，陈金菊，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51