全固态离子选择性电极、制备方法和生物传感器技术

本发明专利技术公开了全固态离子选择性电极、制备方法和生物传感器。该全固态离子选择性电极包括：基体；以及电子转换层，所电子转换层设置在所述基体的外表面上，所述电子转换层含有氧化石墨炔；以及敏感膜层，所述敏感膜层设置在所述电子转换层的外表面上。由此，可以有效提高该全固态离子选择性电极的稳定性。

All solid state ion selective electrodes, preparation methods and biosensors

The invention discloses a solid state ion selective electrode, a preparation method and a biosensor. Including the all solid state ion selective electrode substrate; and electronic conversion layer, the electronic conversion layer is arranged on the outer surface of the substrate, the electronic conversion layer containing graphite oxide and alkyne; sensitive film, the sensitive film is arranged on the electronic conversion layer on the outer surface. Thus, the stability of the all solid state ion selective electrode can be effectively improved.

【技术实现步骤摘要】
全固态离子选择性电极、制备方法和生物传感器
本专利技术涉及分析领域，具体地，本专利技术涉及离子选择性电极、制备方法、应用和生物传感器。
技术介绍
离子选择性电极是一类重要的电化学传感器，其检测的原理是基于敏感膜的电位响应与待测物质的活度关系符合能斯特方程。相比于其它传感器，离子选择性电极以其原理简单、制备容易、操作便捷、选择性高、响应迅速、价格低廉、无损检测、适用面广等优势而备受关注，在环境监测、临床诊断和生物医学分析等领域已得到广泛的应用。与传统的含有内充液的玻璃离子选择性电极相比，全固态离子选择性电极更坚固耐用，没有内充液外漏等问题，维护容易，结构简单且易于微型化，使离子选择性电极有更广阔的应用前景。然而，目前的离子选择性电极相关技术仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。本专利技术是基于专利技术人的下列认识和发现而完成的：目前的全固态离子选择性电极，普遍存在电位稳定性较差等问题。专利技术人经过深入研究以及大量实验发现，这主要是由于离子选择性敏感膜和导电基底之间缺乏有效的离子电子转换层，不能够有效地将检测环境中的离子活度转化为电子信号。有鉴于此，在本专利技术的第一方面，本专利技术提出了一种全固态离子选择性电极，采用含有氧化石墨炔的电子转换层，可以有效地实现将离子浓度信号转换为电信号，从而可以提高该全固态离子选择性电极的稳定性。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种全固态离子选择性电极。根据本专利技术的实施例，该全固态离子选择性电极包括：基体；以及电子转换层，所述电子转换层设置在所述基体的外表面上，所述电子转换层含有氧化石墨炔；以及敏感膜层，所述敏感膜层设置在所述电子转换层的外表面上。由此，可以有效提高该全固态离子选择性电极的稳定性。根据本专利技术的实施例，所述基体为金属电极或者碳电极。由此，可以为该全固态离子选择性电极提供导电性能良好的基体。根据本专利技术的实施例，所述敏感膜层含有离子载体、离子交换剂、增塑剂以及聚合物基质。由此，可以实现该全固态离子选择性电极对特定离子的选择性检测。根据本专利技术的实施例，在所述敏感膜层中，所述离子载体包括钾离子载体、氢离子载体、氯离子载体、硝酸根离子载体、钙离子载体或钠离子载体；所述离子交换剂为亲脂性离子交换剂；所述增塑剂芳香醚、脂肪醚、羧酸酯以及磷酸酯的至少之一；所述聚合物基质包括聚氯乙烯、丙烯酸聚合物、硅橡胶以及聚氨酯橡胶的至少之一。由此，可以进一步提高该全固态离子选择性电极的性能。根据本专利技术的实施例，所述氧化石墨炔是对石墨炔进行高温氧化处理获得的。由此，可以进一步提高该全固态离子选择性电极的性能。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了氧化石墨炔在制备全固态离子选择性电极中的用途，其中，所述氧化石墨炔是对石墨炔进行高温氧化处理获得的。由此，可以提高制备的全固态离子选择性电极的稳定性。在本专利技术的又一方面，本专利技术提出了一种制备前面所述的全固态离子选择性电极的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)提供基体；(2)在所述基体的外表面形成电子转换层，所述电子转换层中含有氧化石墨炔；(3)在所述电子转换层的外表面形成敏感膜层。由此，可以简便地获得具有较好稳定性的全固态离子选择性电极。根据本专利技术的实施例，所述电子转换层以及所述敏感膜层是通过旋涂以及干燥形成的。由此，可以简化制备步骤，节约生产成本。在本专利技术的又一方面，本专利技术提出了一种生物传感器。根据本专利技术的实施例，该生物传感器包括前面所述的全固态离子选择性电极。由此，可以利用前面描述的具有较好稳定性好、选择性高、响应迅速的全固态离子选择性电极，提高该生物传感器的性能。附图说明图1显示了根据本专利技术一个实施例的全固态离子选择性电极的结构示意图；图2为根据本专利技术实施例的全固态离子选择性电极电位响应曲线图(图2a)以及检测钾离子的电位E-浓度C关系图(图2b)；以及图3为根据本专利技术实施例以及对比例1～5的全固态离子选择性电极在10mMKCl溶液中，24h的电位稳定曲线图。附图标记：100：基体；200：电子转换层；300：敏感膜层。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的第一方面，本专利技术提出了一种全固态离子选择性电极。根据本专利技术的实施例，参考图1，该电极包括：基体100、电子转换层200以及敏感膜层300。该电极具有较好的离子电子转换能力，电极稳定性好。根据本专利技术的实施例，基体100可以为金属电极或者碳电极。需要说明的是，在本专利技术中，金属电极以及碳电极可以为能够在商业途径直接获得的传统电极。根据本专利技术的实施例，电子转换层200设置在基体100的外表面上，电子转换层200含有氧化石墨炔。需要说明的是，在本专利技术中，“外表面”特指基体100中的导电面、电子转换层等结构朝向外部环境的表面。具体的，如基体100为金电极或玻碳电极，则基体外表面指电极表面的导电面。根据本专利技术的实施例，氧化石墨炔是对石墨炔进行高温氧化处理获得的。具体的，可以用高锰酸钾和混酸(体积比1：3的浓硝酸和浓硫酸)高温氧化处理石墨炔，其中，高温氧化处理的温度为60-100摄氏度，处理时间为20-30小时。然后，加入氢氧化钠，调节pH至9.0，离心洗涤透析，即得氧化石墨炔。专利技术人经过深入研究发现，当电子转换层材料具有较大的双电层电容时，能够较为有效地将离子浓度信号转换为电信号，从而可以有效提高电位的稳定性。专利技术人经过大量实验发现，与其他碳材料相比，基于氧化石墨炔的电子转换层200具有较高的双电层电容，因此具有较好的电位的稳定性。根据本专利技术的实施例，敏感膜层300设置在电子转换层200的外表面。需要说明的是，在本专利技术中，敏感膜层的具体类型以及组成不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况，选择熟悉的敏感膜层作为本专利技术的敏感膜层300。具体的，根据本专利技术的实施例，敏感膜层300可以含有离子载体、离子交换剂、增塑剂以及聚合物基质。由此，可以实现该全固态离子选择性电极对特定离子的选择性检测。例如，离子载体可以包括钾离子载体、氢离子载体、氯离子载体、硝酸根离子载体、钙离子载体或钠离子载体，离子交换剂可以为亲脂性离子交换剂，增塑剂包括醚类以及脂类，例如，根据本专利技术的实施例，增塑剂包括芳香醚、脂肪醚、羧酸酯以及磷酸酯的至少之一，聚合物基质可以包括聚氯乙烯，硅橡胶，丙烯酸聚合物，聚氨酯橡胶等。根据本专利技术的具体实施例，离子敏感膜的组成可以为：基于离子敏感膜的质量，含有0.8-1.2wt％离子载体，0.4-0.8wt％亲脂性离子交换剂，30-35wt％聚合物基体，60-70wt％增塑剂。以检测钾离子的全固态离子选择性电极为例，离子载体可以为钾离子载体(缬氨霉素)，亲脂性离子交换剂可以为四(4-氯苯基)硼酸钾，增塑剂为邻硝基苯辛醚以及聚氯乙烯基体聚合物；以检测氢离子的全固态离子选择性电极为例，所用的离子载体可以为氢离子载体(三月桂胺)，亲脂性离子添加剂为四(4-氯苯基)硼酸钾，增塑剂为癸二酸二辛酯以及聚氯乙烯基体聚合物。由此，可以进一步提高该全固态离子选择性电极的性能。综上所示，本专利技术提供了一种稳定、坚固、可靠、免维护、易微型化、应用范围广的全固态离子选择性电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全固态离子选择性电极，其特征在于，包括：基体；以及电子转换层，所电子转换层设置在所述基体的外表面上，所述电子转换层含有氧化石墨炔；以及敏感膜层，所述敏感膜层设置在所述电子转换层的外表面上。

【技术特征摘要】
1.一种全固态离子选择性电极，其特征在于，包括：基体；以及电子转换层，所电子转换层设置在所述基体的外表面上，所述电子转换层含有氧化石墨炔；以及敏感膜层，所述敏感膜层设置在所述电子转换层的外表面上。2.根据权利要求1所述的全固态离子选择性电极，其特征在于，所述基体为金属电极或者碳电极。3.根据权利要求1所述的全固态离子选择性电极，其特征在于，所述敏感膜层含有离子载体、离子交换剂、增塑剂以及聚合物基质。4.根据权利要求3所述的全固态离子选择性电极，其特征在于，在所述敏感膜层中，所述离子载体包括钾离子载体、氢离子载体、氯离子载体、硝酸根离子载体、钙离子载体或钠离子载体；所述离子交换剂为亲脂性离子交换剂；所述增塑剂包括芳香醚、脂肪醚、羧酸酯以及磷酸酯的至少之一；所述聚合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛兰群，郝洁，李玉良，刘辉彪，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11