一种基于复合纳米材料AuCuNPs-MWCNTs的无酶生物传感器及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种基于复合纳米材料AuCuNPs

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合纳米材料AuCuNPs
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MWCNTs的无酶生物传感器及其应用


[0001]本专利技术涉及传感器领域，更具体地涉及一种基于复合纳米材料AuCuNPs
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MWCNTs的无酶生物传感器及其应用。

技术介绍

[0002]葡萄糖是活细胞和人体维持系统功能的关键代谢产物和主要能量来源，能够为生理过程提供能量。糖尿病长期以来被误认为是对世界健康影响不大的疾病，然而现在正成为21世纪人类健康的主要威胁之一，检测血糖水平及其变化对糖尿病的防治具有重要意义。
[0003]过氧化氢是在线粒体中氧的异常代谢所产生的超氧化物之一。过氧化氢极易渗透进入细胞，诱导细胞凋亡或者坏死。作为世界卫生组织公布的致癌物，过氧化氢的检测在肿瘤发展和抗癌治疗中具有重要作用。
[0004]电化学分析法是一种在溶液中对物质进行定量和定性测量的便捷方法。与荧光法、光谱和色谱等其他检测方法相比，电化学传感具有成本低、准确、方便和可重复的优点。目前，常见的生物传感器通常可以分为两种类型：基于酶促反应的有酶传感器和无需额外酶辅助的无酶传感器。有酶传感器一般是基于酶促反应，例如葡萄糖脱氢酶和超氧化物歧化酶，被应用在许多领域中。然而，对酶活性的依赖限制了它们的长期稳定性和在实际环境中的应用。为了解决这些问题，无酶电化学生物传感器应运而生，因其具有优异的长期稳定性、高电催化活性和易于操作的特点，引起了人们的广泛关注。最初的无酶生物电化学传感器通常基于金属纳米颗粒如PtNPs、PdNPs和AuNPs或金属氧化物如NiO、CuO和Co3O4等。然而，现有技术中已开发的电化学传感器普遍存在灵敏度不高、选择性较低、检测结果不可靠的问题。因此，开发高灵敏、高选择性且检测结果可靠的新型葡萄糖传感器以及过氧化氢传感器至关重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于复合纳米材料AuCuNPs
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MWCNTs的无酶生物传感器及其应用，从而解决现有技术中缺乏高灵敏、高选择性且检测结果可靠的生物传感器的问题，同时为基于多金属纳米颗粒和碳的复合纳米材料的高性能电化学生物传感器提供一种普适性的方法。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]根据本专利技术的第一方面，提供一种基于复合纳米材料AuCuNPs
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MWCNTs的无酶生物传感器，包括工作电极、参比电极和对电极，所述工作电极采用以下制备工艺：S1：复合纳米材料的制备：在超声处理下将AuCuNPs和多壁碳纳米管分散在四氢呋喃中，获得复合纳米材料AuCuNPs
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MWCNTs的均匀溶液；S2：Au电极的预处理：Au电极在麂皮上依次用粒径1.0μm、0.1μm和0.05μm的氧化铝粉末抛光后，分别在乙醇和超纯水下进行超声清洗，经氮气吹干后
备用；S3：AuCu@MWCNTs/Au电极的制备：将步骤S1中制备得到的均匀溶液滴在步骤S2预处理后的Au电极上形成电极的传导层，最后在室温下干燥，获得AuCu@MWCNTs/Au电极；其中，所述无酶生物传感器同时利用AuCuNPs的电催化性能和MWCNTs的快速转移电子性能可实现对葡萄糖和过氧化氢的高灵敏度检测。
[0008]根据本专利技术的一个优选方案，步骤S1中复合纳米材料AuCuNPs
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MWCNTs的制备包括以下步骤：A1：合成Au纳米颗粒并分散在己烷中：将HAuCl4·
3H2O、邻二甲苯和油胺混合得到橙色的前体溶液，并在氩气中、8～12℃下搅拌10～15分钟；再加入由四丁基溴化铵、邻二甲苯和油胺在超声下混合得到的澄清溶液A，进行还原反应后溶液变为深紫色；然后将混合溶液在8～12℃下搅拌1～2小时；将反应得到的溶液溶解在乙醇中，通过离心得到Au纳米颗粒，其中，HAuCl4·
3H2O、邻二甲苯和油胺的混合质量体积比为100mg:10mL:10mL；四丁基溴化铵、邻二甲苯和油胺混合摩尔体积比为40mg:1mL:1mL；所述前体溶液与澄清溶液A的混合体积比为2:1；A2：合成原子排列有序的AuCuNPs：将乙酸铜一水合物、油酸和三辛胺的混合溶液B，加热后注入步骤A1得到的Au纳米颗粒的己烷溶液中，待己烷完全蒸发后，将混合溶液在氩气中、110～130℃下加热20～30分钟，然后在其冷却至室温前将溶液快速加热至190～210℃，反应50分钟以上，后通过离心收集AuCuNPs，其中，乙酸铜一水合物、油酸和三辛胺的混合质量体积比为43mg:0.25mL:1.125mL，澄清溶液B与步骤A1得到的Au纳米颗粒的己烷溶液的混合体积比为1.375mL:20mL；A3：将AuCuNPs、多壁碳纳米管在超声处理下分散在四氢呋喃中获得AuCuNPs
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多壁碳纳米管复合材料的均匀溶液，其中，AuCuNPs、多壁碳纳米管和四氢呋喃的质量体积比为1mg:0.95mg:1.2mL。
[0009]步骤A2中，为了保证AuCuNPs的正确合成，加入的Cu/Au原子比为1:1。
[0010]所述参比电极采用甘汞电极，所述对电极采用铂丝电极，电解液采用pH12，0.1M的碱性溶液，所述碱性溶液选自：NaOH溶液，KOH溶液。
[0011]根据本专利技术的第二方面，提供一种基于复合纳米材料AuCuNPs
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MWCNTs的无酶生物传感器在葡萄糖检测中的应用，包括：提供一种如上面所述的基于复合纳米材料AuCuNPs
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MWCNTs的无酶生物传感器，将不同浓度的葡萄糖溶液连续添加到检测体系中，采用计时安培法，根据电流响应绘制电流
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时间响应曲线，并获得电流随葡萄糖浓度变化的标准曲线，当加入含有葡萄糖的待测溶液时，通过检测电信号并将其代入所述标准曲线中，即可获得待测溶液中的葡萄糖浓度，实现所述无酶生物传感器在无酶体系中的葡萄糖浓度检测。
[0012]优选地，测量电压选定为0.40V。
[0013]在所述应用中，所述无酶生物传感器对葡萄糖的灵敏度为3.62
×
102μA
·
mM
‑1·
cm
‑2，线性范围为8.0
×
10
‑3～6.0
×
104μM，检测限为1.3
×
10
‑3μM，S/N＝3。
[0014]根据本专利技术的第三方面，提供一种基于复合纳米材料AuCuNPs
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MWCNTs的无酶生物传感器在过氧化氢检测中的应用，包括：提供一种如上面所述的基于复合纳米材料AuCuNPs
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MWCNTs的无酶生物传感器，将不同浓度的H2O2溶液连续添加到检测体系中，采用计时安培法，根据电流响应绘制电流
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时间响应曲线，并获得电流随H2O2浓度变化的标准曲线，当加入含有H2O2的待测溶液时，通过检测电信号并将其代入所述标准曲线中，即可获得待测溶液中的H2O2浓度，实现所述无本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复合纳米材料AuCuNPs
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MWCNTs的无酶生物传感器，包括工作电极、参比电极和对电极，其特征在于，所述工作电极采用以下制备工艺制备：S1：复合纳米材料的制备：在超声处理下将AuCuNPs和多壁碳纳米管分散在四氢呋喃中，获得复合纳米材料AuCuNPs
‑
MWCNTs的均匀溶液；S2：Au电极的预处理：Au电极在麂皮上依次用粒径1.0μm、0.1μm和0.05μm的氧化铝粉末抛光后，分别在乙醇和超纯水下超声清洗，氮气吹干后备用；S3：AuCu@MWCNTs/Au电极的制备：将步骤S1中制备得到的均匀溶液滴在步骤S2预处理后的Au电极上形成电极的传导层，室温下干燥，获得AuCu@MWCNTs/Au电极，作为工作电极；其中，所述无酶生物传感器同时利用AuCuNPs的电催化性能和MWCNTs的快速转移电子性能可实现对葡萄糖及过氧化氢的高灵敏度检测。2.根据权利要求1所述的无酶生物传感器，其特征在于，步骤S1中复合纳米材料AuCuNPs
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MWCNTs的制备包括以下步骤：A1：合成Au纳米颗粒并分散在己烷中：将HAuCl4·
3H2O、邻二甲苯和油胺混合得到橙色的前体溶液，并在氩气下于8～12℃搅拌10～15分钟；再加入由四丁基溴化铵、邻二甲苯和油胺在超声下混合得到的澄清溶液A，进行还原反应后溶液变为深紫色；然后将混合溶液在8～12℃下搅拌1～2小时；反应得到的溶液溶解在乙醇中，通过离心得到Au纳米颗粒，其中，HAuCl4·
3H2O、邻二甲苯和油胺的混合质量体积比为100mg:10mL:10mL；四丁基溴化铵、邻二甲苯和油胺混合摩尔体积比为40mg:1mL:1mL；所述前体溶液与澄清溶液A的混合体积比为2:1；A2：合成原子排列有序的AuCuNPs：将乙酸铜一水合物、油酸和三辛胺混合溶液B，加热后注入步骤A1得到的Au纳米颗粒的己烷溶液中，待己烷完全蒸发后，将混合溶液在氩气下于110～130℃加热20～30分钟，然后在其冷却至室温前将溶液快速加热至190～210℃，反应50分钟以上，后通过离心收集AuCuNPs，其中，乙酸铜一水合物、油酸和三辛胺的混合质量体积比为43mg:0.25mL:1.125mL，澄清溶液B与步骤A1得到的Au纳米颗粒的己烷溶液的混合体积比为1.375mL:20mL；A3：将AuCuNPs、多壁碳纳米管在超声处理下分散在四氢呋喃中获得AuCuNPs
‑
多壁碳纳米管复合材料的均匀溶液，其中，AuCuNPs、多壁碳纳米管和四氢呋喃的质量体积比为1mg:0.95mg:1.2mL。3.根据权利要求2所述的无酶生物传感器，其特征在于，步骤A2中，为了保证AuCuNPs的正确合成，加入的Cu/Au原子比为1:1。4.根据权利要求1所述的无酶生物传感器，其特征在于，所述参比电极采用甘汞电极，所述对电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨嘉懿，刘玥伶，张妮，朱芷仪，黄天心，马瑞聪，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：