一种自组装双层氨基酸膜电极及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供一种自组装双层氨基酸膜电极及其制备方法和用途。该电极以铜电极为基底，依次覆盖有L‑半胱氨酸层(L‑Cys)和L‑天冬氨酸层(L‑Asp)。本发明专利技术的自组装膜致密性好，还原氧化的可逆性良好，并且制得的L‑Asp/L‑Cys/Cu自组装膜电极对对苯二酚有显著的电催化作用。

Self assembled double layer amino acid film electrode and preparation method and application thereof

The invention provides a self assembled bilayer amino acid film electrode, a preparation method and an application thereof. The electrode with copper electrode as the substrate, are covered with L layer (L Cys cysteine aspartic acid) and L layer (L Asp). The invention of the self-assembled film density, good reversibility of oxidation, and the prepared L Asp/L Cys/Cu self-assembled film electrode has significant effect on hydroquinone.

【技术实现步骤摘要】
一种自组装双层氨基酸膜电极及其制备方法和用途
本专利技术属于电化学
，具体涉及一种自组装双层氨基酸膜电极及其制备方法和用途，更具体地，涉及一种自组装L-Asp/L-Cys/Cu膜电极及其制备方法和用途。
技术介绍
自组装单分子膜(self-assembledmonolayers，SAMs)的形成是近20年来发展起来的一种新型有机超薄膜技术。单分子膜的生成是一个自发的过程，将金属或金属氧化物浸入含活性分子的稀溶液中，活性分子通过化学键自发吸附在异相界面上而形成的有序分子组装体系，早在1946年Zisman等就报道了表面活性物质在洁净金属表面上吸附而形成单分子膜的现象，SAMs制备方法简单且具有高的稳定性。金属铜是一种地壳含量相对较丰富，相对较便宜的金属，而且工业上应用广泛，因此研究铜的自组装膜对研究第三代生物传感器具有重要价值和实际意义。L-半胱氨酸(L-Cys)是20种天然氨基酸中唯一具有巯基(-SH)基团的化合物，利用其特殊的生物兼容性和化学活性，能够组装到铜电极表面。因而对L-Cys在铜电极表面的吸附和电化学特性研究具有特别重要的意义。天冬氨酸(asparticacid，简称Asp)又称天门冬氨酸，是一种α-氨基酸，其化学式为HOOCCH2CH(NH2)COOH。天冬氨酸是20种氨基酸之一，为酸性氨基酸。天冬氨酸分子式对苯二酚,又名氢醌，化学名1,4-苯二酚(1,4-Dihydroxybenzene；Hydroquinone)，其为白色针状结晶，分子式C6H4(OH)2。对苯二酚是重要的化工原料，在日常生产生活中应用非常广泛，主要用于显影剂、蒽醌染料、偶氮染料、合成氨助溶剂、橡胶防老剂、阻聚剂、涂料和香精的稳定剂、抗氧剂等。对苯二酚有中等毒性，长期接触对二苯酚蒸气、粉尘或烟雾可刺激皮肤、粘膜，并引起眼的水晶体混浊。因此，研究对苯二酚的去除方法，消除对苯二酚对环境的污染非常重要。目前已经有将含有-SH基的L-半胱氨酸作为连接层，利用分子间相互作用进一步连接HRP制得的Cu/L-Cys/HRP自组装双层膜，并且利用该双层膜电极电催化对苯二酚，结果表明对苯二酚在上述双层膜中有电催化行为，但HRP对储存条件要求较高，且价格相对昂贵。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本专利技术的专利技术人设想构建双层氨基酸膜，在L-Cys/Cu上试验了丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、甘氨酸等多种氨基酸，均没有达成目标。最终意外地发现L-天冬氨酸(L-Asp)可以实现双层氨基酸膜的组装，因此，构建了L-Asp/L-Cys/Cu电极。本专利技术的专利技术人还意外地发现，对苯二酚在构建的上述双层膜上有显著的电催化行为，其电催化行为优于现有的其他自组装膜电极。因此，本专利技术的一个目的是提供一种自组装双层氨基酸膜电极。本专利技术的另一个目的是提供上述自组装双层氨基酸膜电极的制备方法。本专利技术的又一个目的是提供上述自组装双层氨基酸膜电极的用途。本专利技术的上述目的是采用如下技术方案来实现的。一方面，本专利技术提供一种自组装双层氨基酸膜电极(L-天冬氨酸/L-半胱氨酸/Cu，L-Asp/L-Cys/Cu)，该电极以铜电极为基底，依次覆盖有L-半胱氨酸层(L-Cys)和L-天冬氨酸层(L-Asp)。另一方面，本专利技术提供一种上述自组装双层氨基酸膜电极的制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)铜电极的预处理将铜电极打磨至光亮后，以去离子水清洗，在酸中浸泡，再依次用无水乙醇和去离子水清洗，得到预处理后的铜电极；(2)L-半胱氨酸自组装膜电极(L-Cys/Cu)的制备将步骤(1)制备得到的预处理后的铜电极放入1ⅹ10-3-1ⅹ10-6mol/L，pH为5-11的L-半胱氨酸水溶液中浸泡0.5-24小时，即得L-半胱氨酸自组装膜电极；(3)L-天冬氨酸/L-半胱氨酸自组装膜电极(L-Asp/L-Cys/Cu)的制备将步骤(2)制备得到的L-半胱氨酸自组装膜电极，清洗，晾干，放入1ⅹ10-3-1ⅹ10-6mol/L，pH为4.0-7.0的L-天冬氨酸水溶液中浸泡1-24小时，即得L-天冬氨酸/L-半胱氨酸自组装膜电极。优选地，在上述制备方法中，在步骤(1)中，所述酸为无机酸，选自盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸，优选为硝酸。优选地，在上述制备方法中，在步骤(1)中，在所述酸中浸泡的时间为5秒-30秒，优选为10秒。优选地，在上述制备方法中，在步骤(2)中，所述L-半胱氨酸水溶液的浓度为1×10-3mol/L。优选地，在上述制备方法中，在步骤(2)中，在所述L-半胱氨酸水溶液中浸泡的时间为2-3小时。优选地，在上述制备方法中，在步骤(2)中，所述L-半胱氨酸水溶液的pH值为7。优选地，在上述制备方法中，在步骤(3)中，所述L-天冬氨酸水溶液的浓度为1×10-5mol/L。优选地，在上述制备方法中，在步骤(3)中，在所述L-天冬氨酸水溶液中浸泡的时间为1小时。优选地，在上述制备方法中，在步骤(3)中，所述L-天冬氨酸水溶液的pH值为7。又一方面，本专利技术提供一种上述自组装双层氨基酸膜在对苯二酚降解中的应用。优选地，应用时，使用pH为5.5-7，优选为5.5或7的PBS缓冲溶液作为底液。与现有技术相比较，本专利技术具有以下优异的技术效果。本专利技术的自组装膜致密性好，氧化还原的可逆性良好，并且制得的L-Asp/L-Cys/Cu自组装膜电极对对苯二酚有显著的电催化氧化作用。附图说明图1为不同浓度的天冬氨酸对L-Asp/L-Cys/Cu自组装膜电极的电化学行为的影响，其中a的浓度(c)为1×10-7mol/L，b的浓度为1×10-5mol/L，c的浓度为1×10-3mol/L，d的浓度为1×10-2mol/L；图2为不同pH的L-天冬氨酸水溶液对L-Asp/L-Cys/Cu自组装膜电极的电化学行为的影响，其中a为pH＝8，b为pH＝7，c为pH＝4，d为pH＝2；图3为组装时间对L-Asp/L-Cys/Cu自组装膜电极的电化学行为的影响；其中a为0.5小时，b为1小时，c为4小时，d为13小时；图4为L-Cys/Cu自组装膜电极分别在空白底液(pH＝7.0的PBS缓冲溶液)和含对苯二酚(HQ)的溶液中的循环伏安(CV)曲线，其中a为在不含对苯二酚的溶液中的曲线，b为在含对苯二酚的溶液中的曲线；图5为L-Asp/L-Cys/Cu自组装膜电极分别在空白底液(pH＝7.0的PBS缓冲溶液)和含对苯二酚的溶液中的循环伏安(CV)曲线，其中a为在含对苯二酚的溶液中的曲线，b为在不含对苯二酚的溶液中的曲线；图6为L-Asp/L-Cys/Cu自组装膜电极在不同pH值(4.0、5.5、6.5、7.0、7.5)的PBS缓冲溶液中电催化对苯二酚(1mmol/L)氧化还原反应的循环伏安曲线，a为pH＝4.0时的曲线，b为pH＝5.5时的曲线，c为pH＝6.5时的曲线，d为pH＝7.0时的曲线，e为pH＝7.5时的曲线；图7为HRP/L-Cys/Cu自组装膜电极在空白的PBS溶液(pH＝7.0的PBS缓冲溶液)和含有对苯二酚溶液的循环伏安图，其中a为空白溶液，b为对苯二酚；图8为裸铜电极(Cu)和Ala/L-Cys/Cu、Val/L-Cys/Cu、Leu/L-Cys/Cu、Gly/L-Cys/Cu的循环伏安图，其中a为裸铜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自组装双层氨基酸膜电极，该电极以铜电极为基底，依次覆盖有L‑半胱氨酸层(L‑Cys)和L‑天冬氨酸层(L‑Asp)。

【技术特征摘要】
1.一种自组装双层氨基酸膜电极，该电极以铜电极为基底，依次覆盖有L-半胱氨酸层(L-Cys)和L-天冬氨酸层(L-Asp)。2.一种制备权利要求1所述的自组装双层氨基酸膜电极的制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)铜电极的预处理将铜电极打磨至光亮后，以去离子水清洗，在酸中浸泡，再依次用无水乙醇和去离子水中清洗，得到预处理后的铜电极；(2)L-半胱氨酸自组装膜电极(L-Cys/Cu)的制备将步骤(1)制备得到的预处理后的铜电极放入1ⅹ10-3-1ⅹ10-6mol/L，pH为5-11的L-半胱氨酸水溶液中浸泡0.5-24小时，即得L-半胱氨酸自组装膜电极；(3)L-天冬氨酸/L-半胱氨酸自组装膜电极(L-Asp/L-Cys/Cu)的制备将步骤(2)制备得到的L-半胱氨酸自组装膜电极，清洗，晾干，放入1ⅹ10-3mol/L-1ⅹ10-6mol/L，pH为4.0-7.0天冬氨酸水溶液中浸泡1-24小时，即得L-天冬氨酸/L-半胱氨酸自组装膜电极。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述酸为无机酸，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春涛，罗潇潇，王文涛，贾泽慧，冯美荣，张四方，相永刚，
申请(专利权)人：太原师范学院，
类型：发明
国别省市：山西,14