碳纳米纤维电化学生物传感器制造技术

一种碳纳米纤维电化学生物传感器的制备方法：先对碳纳米纤维ＣＮＦ的处理，再对ＣＮＦ和酶修饰电极的制备。此传感器在存在ＮＡＤ↑［＋］的条件下，固定在修饰电极中的ＡＤＨ可以催化乙醇，同时ＮＡＤ↑［＋］被还原为ＮＡＤＨ。由于ＣＮＦ对ＮＡＤＨ具有很好的电化学氧化性能，所以我们利用检测生成的ＮＡＤＨ来间接地检测样品中的乙醇含量。以此可制作人体血液酒精含量现场快速检测分析器，可用于行车现场对驾驶员进行即时快速的血液乙醇含量的测试，从而可在现场即时快速地判断出驾驶员是否饮酒。因而可有效地制止饮酒人驾车，避免交通事故的发生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于利用碳纳米纤维(CNF)和乙醇脱氢酶制备的乙醇电化学生物 传感器及其对人体血液中酒精含量的检测，特别涉及一种碳纳米纤维电化学 生物传感器。
技术介绍
随着经济的发展，全球汽车数量激增，车祸发生率也扶摇直上，据欧盟 白皮书提供的数字，全欧每年因车祸造成的死亡和受伤人数分别为4. 1万和 170万，直接经济损失为1600亿欧元。而世界卫生组织公布的数字更令人震 惊，全球每年有130万人死于交通事故，1200多万人受伤，经济损失高达5180 亿欧元，相当于每年一个米兰市被从地球上抹掉。在中国，因交通事故死亡 的每年都有10多万人，远高于近几年时间世界大小战争的死亡人数，粗略计 算，平均每五分钟就有一个中国人被汽车夺取生命。数据显示，虽然中国汽 车保有畺只占全世界的2%，但事故死亡人数却占全世界的15%左右。据道 路交管权威机关统计每年，发生在全国各地的道路交通事故中，有37%的事 故是因酒后驾车所致。酒后驾驶严重威胁着交通安全，己成为交通事故中的 "一大杀手"。酒后驾车容易引发事故的原因在于酒的主要成分乙醇，因为 乙醇会对人的神经系统有很大的影响。驾驶员开车时判断的依据80%是来自 视觉判断，在视觉清晰、意识清醒的状态下，交通事故就不易发生，但喝酒 会使人视力模糊不清。而且，由于酒精的作用，人的平衡能力、动作的准确 程度都会大大降低，从而使动作发生变异。此外，饮酒还会使大脑对突发事 件的反应能力降低、运动能力失调，因酒精麻醉作用，人的手、脚触觉较平 时降低，往往无法正常控制油门、刹车及方向盘。这时驾车如遇突发事件极 易引起事故。许多国家都制定了血液中乙醇含量与交通事故责任认定的关系， 建立了多种能够检测血液中乙醇含量的方法。如GC/MS等仪器检测乙醇成分， 虽然这些方法可以定量，但是存在着购买仪器价格昂贵,检测成本高，需专门 培训,无法在案发现场快速检测等缺限。呼气式乙醇测定仪可以在现场使用， 但是价格也十分昂贵，检测成本高，而且不卫生，容易发生交叉感染疾病和容易受人为假呼气影响等。公安部在二oo七年二月十九日发布《关于对酒后驾车交通违法行为开展专项整治工作的紧急通知》，严禁酒后驾驶，遏制重 特大道路交通事故的发生，确保人民群众的安全，是一项艰巨而又伟大的任 务，是一项全民工程，是一场新时期的人民战争，交警是这场战争的先头部 队，但是需要技术力量后援，急需一种现场快速酒精检验的方法和设备来满 足现实发展的需要。还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)和它的氧化形式(NAD+)是一种传 递质子(更准确来说是氢离子)的辅酶，它出现在细胞很多代谢反应中，是 参与三百多酶反应的辅因子。由于NADH在酶反应中作为辅因子的重要性，所 以人们期望利用对NADH的电化学氧化来制备生物传感器。但由于在一般电极 表面氧化NADH有很高的过电位且会对电极表面产生污染，所以许多物质被用 来催化NADH电化学氧化，减少过电位及电极表面污染。近年来，纳米材料是 当今热点研究领域之一。碳纳米纤维(CNF)是一种纳米级尺寸的非空心的碳 纤维。由于其独特的结构和性质，它在催化剂载体、探针针尖及燃料电池等 方面具有广泛的潜在应用。CNF经过硝酸氧化处理后会产生很多含氧基团而其 主体结构不会被破坏。这些产生的含氧基团能促进对还原型烟酰胺腺嘌呤二 核苷酸(NADH)的电催化。因为碳材料在大多数溶剂中的分散性很差，而酸 化处理的CNF在水中具有较好的溶解性，有利于在电极表面的修饰和稳定性。 本专利技术利用CNF对NADH展现了高灵敏度的电催化性能。然后结合乙醇脱氢酶 (ADH),制备一种高灵敏的酒精电化学生物传感器。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种碳纳米纤维电化学生物传感器。 其对血液中酒精含量的检测。在存在NAD+的条件下，固定在修饰电极中的ADH 可以催化乙醇，同时NAD+被还原为NADH。由于CNF对NADH具有很好的电化学氧 化性能，所以我们利用检测生成的NADH来间接地检测样品中的乙醇含量。本专利技术的技术方案是一种碳纳米纤维电化学生物传感器的制备方法 其制备过程如下 (1 ).碳纳米纤维CNF的处理lmg-100 mg碳纳米纤维CNF分散到10—60 ml， 10%_60%硝酸溶液中，混合物在30'C到15(TC加热1小时到48小时；产物经过离心和水洗后得到羧化的 CNF;通过碳纳米纤维CNF在水中超声分散得到l-10mg/ml的碳纳米纤维CNF水溶液；(2 ) . CNF和酶修饰电极的制备玻碳电极依次用l， 0. 3和0. 05 u m的三氧化二铝粉抛光，然后用二次水冲 洗；用氮气吹干后，l-20"L，0.5-10mg/ml乙醇脱氢酶的0.2M，pH 5-9的磷酸 缓冲溶液滴到玻碳电极，在干燥器中干燥30min;然后再滴1-20yL的碳纳米 纤维CNF溶液滴到玻碳电极上并在干燥器中干燥得碳纳米纤维电化学生物传 感器。本专利技术效果是-本一种碳纳米纤维电化学生物传感器，其可对人体血液中酒精含量的检 测。在存在NAD+的条件下，固定在修饰电极中的ADH可以催化乙醇，同时NAD+ 被还原为NADH。由于CNF对NADH具有很好的电化学氧化性能，所以我们利用检 测生成的NADH来间接地检测样品中的乙醇含量。以此可制作人体酒精含量现场快速检测分析器，可用于行车现场对驾驶 员进行即时快速的血液乙醇含量的测试，从而可在现场即时快速地判断出驾 驶员是否饮酒。因而可有效地制止饮酒人驾车，避免交通事故的发生。 具体实施例方式本专利技术提供一种碳纳米纤维电化学生物传感器。 制备过程如下 1 .CNF的处理lmg-100 mg CNF分散到10-60 ml， 10%_60%硝酸溶液中，混合物在3(TC到 15(TC加热lh到48h。产物经过离心和水洗后得到羧化的CNF。通过CNF在水中 超声分散得到卜10mg/ml的CNF水溶液。 2.CNF和酶修饰电极的制备玻碳电极依次用1， 0. 3和0. 05 U m的三氧化二铝粉抛光，然后用二次水冲 洗。用氮气吹干后，卜20uL，0.5-10mg/ml乙醇脱氢酶的0.2M，pH 5_9的磷酸 缓冲溶液滴到玻碳电极，在干燥器中干燥30min。然后再滴 1-20 u L的CNF溶液滴到玻碳电极上并在干燥器中干燥得乙醇生物传感器。 3 . CNF和酶修饰电极对酒精的电化学检测在含5mMNAD+的pH5-9的缓冲溶液中，用电化学分析仪CHI660 (CH公司，美国)以三电极工作体系(工作电极为修饰的玻碳电极，对电极为铂丝，参比电极为饱和甘汞电极SCE)，在O. 1V电位下进行电流随血液中酒精浓度变化的检测。 在血液酒精浓度为10-425mM下，响应电流随酒精浓度成线性变化，检测限为 3yM,相对标准偏差为5.1%。实施例l:1 .CNF的处理:lmg mg CNF分散到10 ml，l(F。硝酸溶液中，混合物在5(TC加热lh。产物经 过离心和水洗后得到羧化的CNF。通过CNF在水中超声分散得到lmg/ml的CNF水 溶液。2 . CNF和酶修饰电极的制备玻碳电极依次用l，0.3和0.05ym的三氧化二铝粉抛光，然后用二次水冲 洗。用氮气吹干后，luL，0.5mg/ml乙醇脱氢酶的0.2M，pH 5的磷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米纤维电化学生物传感器的制备方法：　其制备过程如下：　（１）．碳纳米纤维ＣＮＦ的处理：　１ｍｇ－１００ｍｇ碳纳米纤维ＣＮＦ分散到１０－６０ｍｌ，１０％－６０％硝酸溶液中，混合物在３０℃到１５０℃加热１小时到４８小时 ；产物经过离心和水洗后得到羧化的ＣＮＦ；通过碳纳米纤维ＣＮＦ在水中超声分散得到１－１０ｍｇ／ｍｌ的碳纳米纤维ＣＮＦ水溶液；　（２）．ＣＮＦ和酶修饰电极的制备：　玻碳电极依次用１，０．３和０．０５μｍ的三氧化二铝粉抛光，然后用二次 水冲洗；用氮气吹干后，１－２０μＬ，０．５－１０ｍｇ／ｍｌ乙醇脱氢酶的０．２Ｍ，ｐＨ　５－９的磷酸缓冲溶液滴到玻碳电极，在干燥器中干燥３０ｍｉｎ；然后再滴１－２０μＬ的碳纳米纤维ＣＮＦ溶液滴到玻碳电极上并在干燥器中干燥得碳纳米纤维电化学生物传感器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：武长顺，李庆生，丁国兴，王泰明，刘峰，王京，
申请(专利权)人：天津市公安局，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]