定向生长纳米金细菌纤维素/碳管复合膜方法技术

本发明专利技术公开了定向生长纳米金细菌纤维素/碳管复合膜方法，所述方法包括以下步骤：培养木醋杆菌得到BC膜，将膜处理干净并粉碎成絮状；将MWCNTs溶液与絮状BC膜混合，经抽滤得到BC/MWCNTs复合膜；用PEI溶液及氯金酸溶液处理所得复合膜，以在其表面固定纳米金粒子，得到BC/MWCNTs/Au NPs复合基材；将BC/MWCNTs/Au NPs复合基材浸泡在漆酶及葡萄糖酶溶液中进行酶的吸附。以BC膜作为电极材料基体，简化了MWCNTs的表面吸附程序，同时BC具备良好的生物相容性使其具备广泛的生物应用前景；采用了粉碎BC膜与MWCNTs溶液混合共同抽滤得到复合膜的技术处理方式，使得复合膜表面的碳管分布均匀，导电性能良好；在BC/MWCNTs复合膜表面可控生长纳米金，利用纳米金的电子传递效应和协同催化作用提高传感器的响应灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
定向生长纳米金细菌纤维素/碳管复合膜方法
本专利技术属于生物燃料电池
，涉及生物燃料电池及自供能生物传感器制备方法，具体为定向生长纳米金细菌纤维素/碳管复合膜方法。
技术介绍
生物燃料电池一般分为微生物型及酶型两种，其中酶型生物燃料电池应用前景更加广阔。燃料在阳极酶催化剂(常见的有葡萄糖氧化酶、纤维二糖脱氢酶、果糖脱氢酶、乙醇脱氢酶等)的作用下被氧化，产生的电子通过外电路到达阴极，质子通过质子交换膜到达阴极，氧化物(一般为氧气)在阴极得到电子被还原(产物一般为水)，整个过程形成一个通路，构成酶型生物燃料电池。自供能生物传感器的设计原理主要源自于生物燃料电池。研究表明，只要解决生物相容性的问题，基于葡萄糖燃料的自供能生物传感器作为植入式血糖传感器连续监测人体内血糖量变化是切实可行的。细菌纤维素作为一种化学性质与植物纤维素类似的超细纳米纤维，拥有很多优异的物理化学性能，如大的比表面积、高的结晶度、良好的机械性能和持水率等。且由细菌纤维素所形成的天然纤维素膜具有很好的柔韧性和很好的生物相容性，已经被广泛应用于生物医疗方面，例如人造皮肤、人造血管和伤口敷料等。将细菌纤维素与电导性材料(如碳纳米管、石墨烯、导电高聚物)结合可以赋予其优良的导电性，从而作为柔性电极应用在锂离子电池、超级电容器和传感器等方面。在BC/CNT膜电极表面可控生长纳米金颗粒可以提高传感器的灵敏度和调控其检测线性范围。纳米金拥有很好的生物相容性，纳米金可以提高酶活性中心与电极间的电子转移效率进而增强生物传感器的响应灵敏度。已经有研究表明可以通过改变环境温度、pH、添加卤素离子等手段来调控在细菌纤维素表面生长的纳米金的形貌尺寸。
技术实现思路
解决的技术问题：为了克服现有技术的缺陷，解决目前自供能生物传感器电极灵敏度差、生物相容性低的问题，本专利技术提供了定向生长纳米金细菌纤维素/碳管复合膜方法。技术方案：定向生长纳米金细菌纤维素/碳管复合膜方法，所述方法包括以下步骤：第1步、培养木醋杆菌得到BC膜，将膜处理干净并粉碎成絮状；第2步、将MWCNTs溶液与絮状BC膜混合，经抽滤得到BC/MWCNTs复合膜；第3步、用PEI溶液及氯金酸溶液处理所得复合膜，以在其表面固定纳米金粒子，得到BC/MWCNTs/AuNPs复合基材；第4步、将BC/MWCNTs/AuNPs复合基材浸泡在漆酶及葡萄糖酶溶液中进行酶的吸附。涉及到的缩写或简称解释如下：BC为BacterialCellulose，即细菌纤维素膜；MWCNTs为Multi-walledCarbonnanotubes，即多壁纳米碳管；PEI为聚醚酰亚胺。优选的，培养木醋杆菌得到BC膜的步骤为：将酵母浸菌、胰蛋白胨、甘露醇溶于水，制备木醋杆菌发酵培养液，高温高压灭菌，无菌接种，置于生化培养箱中培养；将生长状况良好的BC膜进行处理，以洗去膜表面的大量杂质和细菌营养物，处理后置于蒸馏水中浸泡备用。优选的，BC/MWCNTs复合膜制备的步骤为：BC膜粉碎成为絮状，配制MWCNTs溶液，将MWCNTs溶液加入絮状分散的BC膜混合液中，搅拌均匀，经抽滤制得碳管均匀吸附的BC/MWCNTs复合膜。优选的，BC/MWCNTs/AuNPs复合膜制备的步骤为：配制氯金酸溶液、PEI溶液，将步骤(2)得到的BC/MWCNTs复合膜浸没于PEI溶液中，静置处理后加入氯金酸溶液，烘箱中处理，取出后自然风干即制得BC/MWCNTs/AuNPs复合基材。优选的，BC/MWCNTs/AuNPs复合基材的处理步骤为：配制漆酶和葡萄糖氧化酶的水溶液，将BC/MWCNTs/AuNPs复合基材浸入漆酶和葡萄糖氧化酶水溶液中，使漆酶及葡萄糖氧化酶分别固定于BC/MWCNTs/AuNPs基材上，制得BC/MWCNTs/AuNPs复合膜。优选的，木醋杆菌发酵培养液配方为：酵母浸菌3g/L，胰蛋白胨5g/L，甘露醇25g/L；高温高压灭菌温度是120℃；接菌后培养条件是：在30℃的生化培养箱中培养。优选的，BC膜处理的具体方法为：用去离子水进行反复冲洗后，置于4g/L的NaOH溶液于80℃水浴锅中处理2h，以洗去膜表面的大量杂质和细菌营养物。优选的，MWCNTs溶液浓度为1mg/mL，配制该溶液过程中加入微量的表面活性剂，使固体分散更加均匀。优选的，氯金酸溶液和PEI溶液浓度分别为20mmol/L及10g/L，具体处理方法为：取PEI溶液将BC/MWCNTs膜浸没，室温下静置30min，加入的氯金酸溶液体积为0.5倍的PEI溶液体积，并置于60℃烘箱烘燥1小时。优选的，漆酶和葡萄糖氧化酶溶液浓度为1mg/mL，使漆酶及葡萄糖氧化酶充分吸附固定的处理方法是：将复合膜浸入漆酶及葡萄糖氧化酶溶液后，置于4℃冰箱中8h。本专利技术所述定向生长纳米金细菌纤维素/碳管复合膜方法的原理在于：以BC作为基体材料引入MWCNTs，使MWCNTs有效沉积在它的纳米多孔网络结构中，以实现均匀分布。以PEI作为还原剂，原位制备AuNPs，同时可以辅助BC起到稳定AuNPs，防止其聚集的作用。有益效果：(1)本专利技术以BC膜作为电极材料基体，其具有活性基团简化了MWCNTs的表面吸附程序，同时BC具备良好的生物相容性使其具备广泛的生物应用前景；(2)本专利技术采用了粉碎BC膜与MWCNTs溶液混合共同抽滤得到复合膜的技术处理方式，使得复合膜表面的碳管分布均匀，导电性能良好；(3)本专利技术在BC/MWCNTs复合膜表面可控生长纳米金，利用纳米金的电子传递效应和协同催化作用提高传感器的响应灵敏度。附图说明图1为BC/MWCNTs/AuNPs膜的扫描电镜图，图1(a)为放大20倍，图1(b)为放大50倍；图2为BC膜、BC/MWCNTs膜及BC/MWCNTs/AuNPs膜的红外光谱图；图3为BC膜、BC/MWCNTs膜及BC/MWCNTs/AuNPs膜的热重分析图；图4为BC膜、BC/MWCNTs膜及BC/MWCNTs/AuNPs膜XRD图谱；图5为漆酶电极的电化学性质测试结果图，图5A为BC/MWCNTs/AuNPs-Lac电极在0.1M乙酸/醋酸钠缓冲溶液中(pH4.5)中扫描速率分别为50,100,150,200,250,300,350mV/s的循环伏安曲线图，图5B为阳极与阴极峰值电流对扫速的校准曲线；Lac为漆酶；图6为葡萄糖氧化酶电极的电化学性质测试结果图，图6A为BC/MWCNTs/AuNPs-GOx电极在含有50mM葡萄糖的0.1M乙酸/醋酸钠缓冲溶液中(pH4.5)中扫描速率分别为50,100,150,200,250,300mV/s的循环伏安曲线图，图6B为阳极与阴极峰值电流对扫速的校准曲线；GOx为葡萄糖氧化酶。具体实施方式以下实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本专利技术的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。实施例1定向生长纳米金细菌纤维素/碳管复合膜方法，所述方法包括以下步骤：第1步、培养木醋杆菌得到BC膜，将膜处理干净并粉碎成絮状；第2步、将MWCNTs溶液与絮状BC膜混合，经抽滤得到BC/MWCNTs复合膜；第3步、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.定向生长纳米金细菌纤维素/碳管复合膜方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：第1步、培养木醋杆菌得到BC膜，将膜处理干净并粉碎成絮状；第2步、将MWCNTs溶液与絮状BC膜混合，经抽滤得到BC/MWCNTs复合膜；第3步、用PEI溶液及氯金酸溶液处理所得复合膜，以在其表面固定纳米金粒子，得到BC/MWCNTs/Au NPs复合基材；第4步、将BC/MWCNTs/Au NPs复合基材浸泡在漆酶及葡萄糖酶溶液中进行酶的吸附。

【技术特征摘要】
1.定向生长纳米金细菌纤维素/碳管复合膜方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：第1步、培养木醋杆菌得到BC膜，将膜处理干净并粉碎成絮状；第2步、将MWCNTs溶液与絮状BC膜混合，经抽滤得到BC/MWCNTs复合膜；第3步、用PEI溶液及氯金酸溶液处理所得复合膜，以在其表面固定纳米金粒子，得到BC/MWCNTs/AuNPs复合基材；第4步、将BC/MWCNTs/AuNPs复合基材浸泡在漆酶及葡萄糖酶溶液中进行酶的吸附。2.根据权利要求1所述的定向生长纳米金细菌纤维素/碳管复合膜方法，其特征在于，培养木醋杆菌得到BC膜的步骤为：将酵母浸菌、胰蛋白胨、甘露醇溶于水，制备木醋杆菌发酵培养液，高温高压灭菌，无菌接种，置于生化培养箱中培养；将生长状况良好的BC膜进行处理，以洗去膜表面的大量杂质和细菌营养物，处理后置于蒸馏水中浸泡备用。3.根据权利要求1所述的定向生长纳米金细菌纤维素/碳管复合膜方法，其特征在于，BC/MWCNTs复合膜制备的步骤为：BC膜粉碎成为絮状，配制MWCNTs溶液，将MWCNTs溶液加入絮状分散的BC膜混合液中，搅拌均匀，经抽滤制得碳管均匀吸附的BC/MWCNTs复合膜。4.根据权利要求1所述的定向生长纳米金细菌纤维素/碳管复合膜方法，其特征在于，BC/MWCNTs/AuNPs复合膜制备的步骤为：配制氯金酸溶液、PEI溶液，将步骤(2)得到的BC/MWCNTs复合膜浸没于PEI溶液中，静置处理后加入氯金酸溶液，烘箱中处理，取出后自然风干即制得BC/MWCNTs/AuNPs复合基材。5.根据权利要求1所述的定向生长纳米金细菌纤维素/碳管...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡学囡，魏取福，张灿，卿苗苗，刘倩，覃梦，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32