一种氧化铟微管修饰碳纤维光敏电极及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种氧化铟微管修饰碳纤维光敏电极及其制备方法与应用，包括碳纤维基底电极，以及固定在碳纤维电极表面上的氧化铟微管。所述的氧化铟微管具有空心管状结构，通过将其固定在碳纤维基底表面所构建的光敏电极具有较高的光电转换性能并能有效促进表面吸附与催化。本发明专利技术以表面组装有葡萄糖脱氢酶的上述氧化铟微管修饰碳纤维光敏电极作为工作电极，结合酶催化循环放大策略构建了一种用于葡萄糖检测的光电化学传感平台，与直接以葡萄糖作为电子供体相比，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸辅酶所诱导的催化循环使工作电极的光电流信号增加约5倍，检测灵敏度上具有显著的提升。检测灵敏度上具有显著的提升。检测灵敏度上具有显著的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铟微管修饰碳纤维光敏电极及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于光电传感材料领域，特别涉及一种氧化铟微管修饰碳纤维光敏电极及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]葡萄糖是一种十分重要的生命物质，高灵敏的葡萄糖含量检测技术的开发对于疾病的早期诊疗具有举足轻重的作用。当前，葡萄糖的检测方法很多，但往往存在分析速度慢或成本高等不足。作为一种在光电化学(PEC)过程和电化学生物传感相结合的基础上迅速发展起来的分析技术，PEC传感主要通过光辐射下目标分子与识别元件间的特异性相互作用所引起的电信号的改变实现对待测物含量的检测。由于采用不同的激发和检测方式，与传统电化学分析技术相比，PEC传感具有更低的背景信号和更高的灵敏度，因此正逐渐发展成为一种极具潜力的生物传感技术。然而，为满足日益提升的检测需求，新型光电材料的开发及高灵敏传感策略的设计仍是PEC生物传感技术发展过程中亟待解决的两大问题。
[0003]金属氧化物纳米材料因其独特的物理化学特性在PEC生物传感中展现了广泛的应用潜力，然而由于受到电子
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空穴对分离和转移速度的限制，该类材料的光电转换效率还有待进一步提升。中空纳米材料具有显著降低的体表扩散长度，这有利于加速电子空穴对的分离；同时其内部空隙所产生的多光散射/反射作用又能增强材料对光的吸收能力；此外，其较大的比表面积所提供的丰富的活性位点不仅有利于客体物质的负载，还能提高材料与电解质溶液的接触面积，加快界面电荷传递和反应速度。
[0004]原位产生电子供体是一种较为常用的PEC生物传感策略，如何在该策略的基础上进一步对信号进行放大是提高生物检测灵敏度的另一条有效途径。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种具有空心管状结构的氧化铟微管修饰碳纤维光敏电极，以丰富可用于PEC传感的光敏电极的类型，为PEC生物传感技术的发展拓宽思路。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0007]一种氧化铟微管修饰碳纤维(In2O
3 MTs/CF)光敏电极，包括碳纤维(CF)电极，以及固定在碳纤维电极表面上的氧化铟微管(In2O
3 MTs)，所述的氧化铟微管具有空心管状结构，通过在导电性好且具有立体网状结构的碳纤维电极表面修饰空心管状结构的氧化铟微管(In2O
3 MTs)材料，可增加所构建电极的比表面积，提高“客体”的负载量，加快界面反应和电荷转移速度。
[0008]具体地，所述氧化铟微管通过热处理法固定在碳纤维电极的表面。
[0009]进一步地，本专利技术还提供上述氧化铟微管修饰碳纤维(In2O
3 MTs/CF)光敏电极的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)将对苯二甲酸和水合硝酸铟在有机溶剂中进行反应，反应产物经固液分离、清
洗、烘干，得到具有实心六棱柱形貌的In
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MIL
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68中间体；
[0011](2)将步骤(1)In
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MIL
‑
68中间体进行煅烧，得到具有空心管状结构的氧化铟微管(In2O
3 MTs)；
[0012](3)将步骤(2)得到的氧化铟微管材料分散在水中，然后将分散液滴在碳纤维电极表面，经红外灯烘干后煅烧即得。
[0013]具体地，步骤(1)中，所述的有机溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺；所述对苯二甲酸在有机溶剂中的浓度为1mg/mL～2mg/mL(优选1.5mg/mL)；所述水合硝酸铟在有机溶剂中的浓度为1mg/mL～2mg/mL(优选1.5mg/mL)；反应的温度为110℃～130℃(优选120℃)，反应时间为20min～40min(优选30min)；清洗采用无水乙醇重复清洗2～3次。
[0014]具体地，步骤(2)中，煅烧的条件为：以4℃/min～7℃/min(优选5℃/min)的升温速率升至110℃～130℃(优选120℃)，煅烧40min～90min，再以4℃/min～6℃/min(优选5℃/min)的升温速率升至450℃～550℃(优选500℃)煅烧1.5h～2.5h(优选2h)。
[0015]具体地，步骤(3)中，所述氧化铟微管以质量体积比为2mg/mL～10mg/mL(优选8mg/mL)分散在水中，分散的方式为超声分散；所述分散液按照1μL/mm2～1.5μL/mm2的用量，滴加在碳纤维电极表面。
[0016]具体地，步骤(3)中，煅烧的条件为：以4℃/min～6℃/min(优选5℃/min)的升温速率升至250℃～350℃(优选300℃)，保持40min～80min。
[0017]进一步地，本专利技术还要求保护上述氧化铟微管修饰碳纤维光敏电极在构建光电化学(PEC)传感器中的应用。
[0018]更进一步地，本专利技术氧化铟微管修饰碳纤维光敏电极构建的光电化学(PEC)传感器优选用于检测葡萄糖。
[0019]具体地，本专利技术氧化铟微管修饰碳纤维光敏电极构建的光电化学(PEC)传感器在用于检测葡萄糖的方法为：采用静电组装技术将葡萄糖脱氢酶(GDH)组装在上述的氧化铟微管修饰碳纤维光敏电极上，并将其作为工作电极与对电极、参比电极构成三电极体系，一同置于含有辅酶的待测葡萄糖溶液中，通过测定在光照激发下体系光电流强度的变化实现对葡萄糖浓度的检测；
[0020]所述的辅酶包括但不限定为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)，所述的对电极可以是铂丝电极；所述的参比电极可以是Ag/AgCl电极。
[0021]有益效果：
[0022](1)本专利技术合成的氧化铟微管(In2O
3 MTs)具有中空管状结构，通过将其修饰在碳纤维(CF)表面制备了光敏电极。以L
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半胱氨酸为电子供体，在300秒内连续开、关激发光源的情况下所述的光敏电极所产生的光电流强度无明显变化，电极具有良好的光电转换稳定性。
[0023](2)本专利技术结合催化循环放大策略构建了一种葡萄糖的PEC传感方法，其采用静电组装技术，将葡萄糖脱氢酶(GDH)层层组装在上述氧化铟微管修饰碳纤维光敏电极上得到GDH/In2O
3 MTs/CF电极，和直接以葡萄糖作电子供体相比，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)辅酶所诱导的催化循环使GDH/In2O
3 MTs/CF电极的光电流信号增加近5倍，检测灵敏度上具有显著的提升。
[0024](3)本专利技术葡萄糖PEC传感器对葡萄糖具有良好的选择性，对葡萄糖的响应值与5
DMF，通过磁子搅拌至固体完全溶解后，将圆底烧瓶置于130℃油浴中边搅拌边进行反应，40min后停止加热，并持续搅拌直至烧瓶内溶液冷却至室温，得到In
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MIL
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68中间体。将实例2中的产物In
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68进行实施例1中相同的洗涤、烘干操作后转移至瓷舟中，在马本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化铟微管修饰碳纤维光敏电极，其特征在于，包括碳纤维电极，以及固定在碳纤维电极表面上的氧化铟微管，所述的氧化铟微管具有空心管状结构。2.根据权利要求1所述的氧化铟微管修饰碳纤维光敏电极，其特征在于，所述氧化铟微管通过热处理法固定在碳纤维电极的表面。3.权利要求1所述氧化铟微管修饰碳纤维光敏电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将对苯二甲酸和水合硝酸铟在有机溶剂中进行反应，反应产物经固液分离、清洗、烘干，得到具有实心六棱柱形貌的In
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68中间体；(2)将步骤(1)In
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68中间体进行煅烧，得到具有空心管状结构的氧化铟微管；(3)将步骤(2)得到的氧化铟微管分散在水中，然后将分散液滴在碳纤维电极表面，经红外灯烘干后，煅烧即得。4.根据权利要求3所述氧化铟微管修饰碳纤维光敏电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的有机溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺；所述对苯二甲酸在有机溶剂中的浓度为1mg/mL～2mg/mL；所述水合硝酸铟在有机溶剂中的浓度为1mg/mL～2mg/mL；反应的温度为110℃～130℃，反应时间为20min～40min；清洗采用无水乙醇重复清洗2～3次。5.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玲，孙盛宜，丁伟，杨子晨，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：