一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器及其制备方法和应用，所述多巴胺生物传感器，包括工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极的基底电极为多孔硼掺杂金刚石电极，所述多孔硼掺杂金刚石电极表面修饰有纳米碳黑颗粒和萘芬膜。本发明专利技术中多孔硼掺杂金刚石电极具有高比表面积，可以增加传感器的响应电流，而所修饰的纳米碳黑颗粒和萘芬膜作为电极的保护膜和功能性隔层，碳黑颗粒可以将干扰物的氧化电位提前，减少信号干扰，萘芬同时扮演了抑制干扰物和稳定碳黑颗粒的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器及其制备方法和应用
本专利技术属于电化学生物传感器
，尤其是涉及一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器及其制备方法和应用。
技术介绍
多巴胺是NA的前体物质，是下丘脑多巴胺和脑垂体腺中的一种关键神经递质，中枢神经系统中多巴胺的浓度受精神因素的影响，神经末梢的GnRH和多巴胺间存在着轴突联系并相互作用，以及多巴胺有抑制GnRH分泌的作用。多巴胺含量的检测对人类的健康以及疾病的诊断、治疗和控制有着重要意义。生物传感器(biosensor)是用生物活性材料(酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等)与物理换能器有机结合的器械或装置，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。生物传感器的结构(组成)根据定义，包括两部分：1、生物活性材料(也叫生物敏感膜、分子识别元件)。2、物理换能器(也叫传感器)；其中传感器部分，其作用是将各种生物的、化学的和物理的信息转变成电信号。目前，已报道的血多巴胺检测方法较多，常见的有气液色谱-质谱联用法、温度测定法、分子发光法、比色法、电化学方法等，但是这些检测方法中的选择性大多依赖于对多巴胺特异性识别的酶或抗体，并具有损坏性和成本相当昂贵。电化学非酶生物传感器检测具有操作简单、灵敏度高、响应时间短的优势，而且其稳定性和可用性比酶传感器更好。当前主流的多巴胺生物传感器，可以两大类。一类是通过选择性离子透过膜，对非多巴胺类的小分子物质进行阻拦，而只选择性的通过多巴胺分子，从而达到电极表面只有多巴胺分子反应，获得多巴胺分子的氧化电流；另一类是在电极表面修饰活性物质，通过修饰物对多巴胺与多巴胺干扰物的氧化电位不同从而达到选择性检测多巴胺的目的。但是这两类方法都不能完全保证检测过程不受干扰，前者在面对一些与多巴胺类似的正电离子时会失去选择性，而后者即使将干扰物与多巴胺的氧化电位区分得足够大，仍然存在干扰物与多巴胺的反应产物多巴胺醌反应，使得检测结果失准的问题，如，通过碳纳米管修饰的电极即使将主要干扰物抗坏血酸与多巴胺的氧化电位分得足够远，多巴胺的氧化产物仍然会与溶液中的抗坏血酸反应生成新的多巴胺，而新生成的多巴胺将会改变原检测多巴胺的浓度，检测结果自然失准。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术第一个目的在于提供一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器。本专利技术的第二个目的在于提供一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器的制备方法。本专利技术的第二个目的在于提供一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器的应用。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器，包括工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极的基底电极为多孔硼掺杂金刚石电极，所述多孔硼掺杂金刚石电极表面修饰有纳米碳黑颗粒和萘芬膜。在本专利技术中，所提供的多巴胺生物传感器的工作电极为表面修修饰有纳米碳黑颗粒和萘芬膜的多孔硼掺杂金刚石电极，多孔硼掺杂金刚石电极具有高比表面积，可以增加传感器的响应电流，而所修饰的纳米碳黑颗粒和萘芬膜作为电极的保护膜和功能性隔层，碳黑颗粒可以将干扰物的氧化电位提前，减少信号干扰，萘芬同时扮演了抑制干扰物和稳定碳黑颗粒的作用。本专利技术一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器，所述多孔硼掺杂金刚石电极包括硅片衬底，设置于所述硅片衬底表面的多孔掺硼金刚石层。本专利技术一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器，所述多孔掺硼金刚石层的厚度为5-20μm；所述的金刚石晶粒尺寸范围5-10μm。多孔掺硼金刚石层表面为多孔结构，该多孔结构是通过控制镍层厚度(5-50nm)与热处理刻蚀时间(100-300min)来调控的，通过多孔结构的控制以及匹配最适宜粒径的纳米碳黑颗粒，从而使电极的性能达到最佳值。本专利技术一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器，所述纳米碳黑颗粒的尺寸在为50-100nm。专利技术人发现，当纳米碳黑的颗粒尺寸在50-100nm时，所得电极的性能最优。本专利技术一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器，以铂片作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极。本专利技术一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器的制备方法，包括如下步骤：步骤1沉积掺硼金刚石层采用化学气相沉积的方法在硅基衬底上沉积掺硼金刚石层，控制掺硼金刚石层的厚度为5-20μm；步骤2多孔硼掺杂金刚石电极的制备采用磁控溅射法在掺硼金刚石层表面溅射一层厚度为5-50nm的镍层，然后置于氢气气氛下热处理将掺硼金刚石层表面刻蚀成多孔结构，再采用酸性溶液去除孔内镍颗粒即得多孔硼掺杂金刚石电极，步骤3多孔硼掺杂金刚石电极的修饰在步骤2所得多孔硼掺杂金刚石电极表面滴涂含纳米碳黑颗粒的溶液，烘干后，再滴涂萘芬溶液，晾干即得表面修饰有纳米碳黑颗粒和萘芬膜的多孔硼掺杂金刚石电极；步骤4传感器的制备将步骤3所得的表面修饰有纳米碳黑颗粒和萘芬膜的多孔硼掺杂金刚石电极作为工作电极，铂片作为对电极,Ag/AgCl电极作为参比电极，组装即得多巴胺生物传感器。本专利技术一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器的制备方法，步骤1中，化学气相沉积的工艺参数为：硅基衬底的表面温度为700-900℃，沉积气压为2.5-5KPa，沉积时间为4-10h；通入的甲烷、硼烷、氢气的比例为1-20：0.3-1：30-49。本专利技术一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器的制备方法，步骤1中，所述化学气相沉积为热丝化学气相沉积，热丝匝数为10-20匝，热丝温度为2000-2500℃。本专利技术一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器的制备方法，步骤1中，所述硅基衬底先置于丙酮溶液中,超声清洗5-20min,再于去离子水中超声清洗10-20min，烘干后再进行沉积。本专利技术一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器的制备方法，步骤2中，采用纯度≥99.99％的镍靶，磁控溅射的功率为50-150W，气压为0.5-2Pa。本专利技术一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器的制备方法，步骤2中，氢气气氛的通入量为40-100SCCM，热处理的温度为600-1000℃，热处理的时间为100-300min，热处理时炉内气压为10-20KPa。本专利技术一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器的制备方法，步骤2中，采用酸洗溶液于80-100℃浸泡表面刻蚀成多孔结构的掺硼金刚石层100-150min，即得多孔硼掺杂金刚石电极，所述酸性溶液为硝酸溶液，硝酸的质量分数为10-30％。本专利技术一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器的制备方法，步骤3中，在步骤2所得多孔硼掺杂金刚石电极表面滴涂5-20μl含纳米碳黑颗粒的溶液；所述含纳米碳黑颗粒的溶液的获得方式为：将纳米碳黑颗粒加入异丙醇中，超声100-200min即可，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器，其特征在于：包括工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极的基底电极为多孔硼掺杂金刚石电极，所述多孔硼掺杂金刚石电极表面修饰有纳米碳黑颗粒和萘芬膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器，其特征在于：包括工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极的基底电极为多孔硼掺杂金刚石电极，所述多孔硼掺杂金刚石电极表面修饰有纳米碳黑颗粒和萘芬膜。


2.根据权利要求1所述的一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器，其特征在于：所述多孔硼掺杂金刚石电极包括硅片衬底，设置于所述硅片衬底表面的多孔掺硼金刚石层。


3.根据权利要求1所述的一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器，其特征在于：所述多孔掺硼金刚石层的厚度为5-20μm；所述的金刚石晶粒尺寸为5-10μm。


4.根据权利要求1所述的一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器，其特征在于：所述纳米碳黑颗粒的尺寸为50-100nm。


5.制备如权利要求1-4任意一项所述的一种基于多孔硼掺杂金刚石电极的多巴胺生物传感器的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1沉积掺硼金刚石层
采用化学气相沉积的方法在硅基衬底上沉积掺硼金刚石层，控制掺硼金刚石层的厚度为5-20μm；
步骤2多孔硼掺杂金刚石电极的制备
采用磁控溅射法在掺硼金刚石层表面溅射一层厚度为5-50nm的镍层，然后置于氢气气氛下热处理将掺硼金刚石层表面刻蚀成多孔结构，再采用酸性溶液去除孔内镍颗粒即得多孔硼掺杂金刚石电极，
步骤3多孔硼掺杂金刚石电极的修饰
在步骤2所得多孔硼掺杂金刚石电极表面滴涂含纳米碳黑颗粒的溶液，烘干后，再滴涂萘芬溶液，晾干即得表面修饰有纳米碳黑颗粒和萘芬膜的多孔硼掺杂金刚石电极；
步骤4传感器的制备
将步骤3所得的表面修饰有纳米碳黑颗粒和萘芬膜的多孔硼掺杂金刚石电极作为工作电极，铂片作为对电极,Ag/AgCl电极作为参比电极，组装即得多巴胺生物传感器。


6.根据权利要求5所述的一种基于多孔硼...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏秋平，周科朝，马莉，李海超，朱睿童，杨万林，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43