一种水滑石纳米片和双蛋白复合超薄膜修饰电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了属于电化学生物传感器技术领域的一种无机纳米片和两种蛋白交替层层自组装构筑的超薄膜修饰电极及其制备方法。本发明专利技术是通过静电沉积层层自组装方法将水滑石纳米片与血红蛋白、肌红蛋白、辣根过氧化物酶、葡萄糖氧化酶中不同的两种蛋白质交替组装到ＩＴＯ电极表面来构筑水滑石纳米片／双蛋白复合超薄膜修饰电极。本发明专利技术构筑的超薄膜表面均匀连续，结构稳定，厚度纳米尺度可控。该修饰电极具有高效的催化能力，良好的敏感度和良好的操作稳定性和储存稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电化学生物传感器
，特别是提供了一种无机纳米片和两种蛋白交替层层自组装构筑的超薄膜修饰电极及其制备方法。
技术介绍
静电沉积的逐层自组装法(Layer-by-layer assembly, LBL)的基本原理是以静 电作用为驱动力，在基材表面，带相反电荷的聚电解质交替沉积构造具有组分和厚度精确 可控的多层膜体系。这种技术具有所需设备简单，操作过程可控性强，操作条件温和，适用 范围广等特点。由于蛋白质，酶，DNA等生物分子本身带有电荷或者在一定的条件下可诱导 出电荷而成为可被组装的聚电解质，近年来静电沉积逐层自组装方法在生物传感器领域也 有广泛的应用。目前，基于静电层层自组装方法(LBL)制备的生物传感器一般是用链状高分子聚 电解质或(和)无机纳米材料与单种生物分子组装，得到复合多层膜修饰电极实现对特定 底物的检测性能。然而，随着科技的发展和生活水平的提高，人们在生产生活中如环境检 测，医疗卫生，药物制剂等方面对复杂体系和复杂物质检测要求的越来越高，需要开发一种 双活性组分或多活性组分存在的电极以达到各活性组分之间功能的协同或促进作用，集成 两种组分的功能，实现检测底物的多样化及灵敏度和抗干扰性能的优化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种水滑石纳米片和双蛋白复合超薄膜修饰电极及其制 备方法。结合无机纳米片的刚性结构和静电层层自组装方法，将两种蛋白质与水滑石纳米 片交替在空白电极上沉积得到结构稳定组分可控的多层超薄膜。本专利技术制备的水滑石纳米片和双蛋白复合超薄膜修饰电极是水滑石纳米片和两 种蛋白质分子交替沉积在基础电极氧化铟锡(ITO)电极上，其组成为水滑石纳米片层，蛋 白质A层，水滑石纳米片层，蛋白质B层重复逐层组装，标记为(水滑石纳米片/蛋白质A/ 水滑石纳米片/蛋白质B)n，n为循环次数，蛋白质A和蛋白质B分别为血红蛋白、肌红蛋白、 辣根过氧化物酶、葡萄糖氧化酶中的任意一种，并且蛋白质A和蛋白质B为不同蛋白质；该 修饰电极的表面均勻连续，超薄膜在垂直于基础电极表面的方向上呈现长程有序的堆叠方 式，超薄膜的厚度纳米尺度可控。a.制备层间阴离子为NO3-,层板二价、三价金属阳离子摩尔比M2+/M3+ = 2.0-4.0 的水滑石前体；将0. 05-2g水滑石前体在氮气保护下于50-200mL甲酰胺中高速搅拌反应 24-96小时，然后加入1-3倍体积的pH为7. 5-8. 5的氨水溶液，得到剥层的水滑石纳米片胶 体溶液；b.将蛋白质A和蛋白质B分别用浓度为0. 05_2M，pH值为7-8的磷酸盐缓冲溶液 溶解，蛋白质A和蛋白质B的浓度分别为0. 5-2g/L ；c.将处理干净的ITO电极在带负电的高分子聚合物溶液中浸泡使电极带上负电，用去离子水冲洗电极表面并用氮气吹干，然后将其交替浸泡在步骤a得到的水滑石纳米片 胶体溶液5-30分钟、步骤b配制的蛋白质A溶液5-30分钟、步骤a得到的水滑石纳米片胶 体溶液5-30分钟、步骤b配制的蛋白质B溶液5-30分钟，交替过程中浸泡后均用去离子水 冲洗电极，并氮气吹干，重复交替浸泡过程直到达到所需的层数，即得到水滑石纳米片和双 蛋白复合超薄膜修饰电极。所述的水滑石层板二价金属阳离子为Mg2+、Zn、Co2+、Ni2+、Ca2+、Cu2+、Fe2+或Mn2+，三 价金属阳离子为 Al3+、Cr3+、Ga3+、In3+、Co3+、Fe3+ 或 V3+。所述的水滑石前体采用共沉淀法、成核晶化/隔离法、非平衡晶化法、尿素法、离 子交换法或水热合成法制备。所述的蛋白质A和蛋白质B分别为血红蛋白、肌红蛋白、辣根过氧化物酶、葡萄糖 氧化酶中的任意一种，并且蛋白质A和蛋白质B为不同蛋白质。步骤c所述的ITO电极处理方法为ΙΤ0电极分别在去离子水、乙醇、丙酮、甲醇、 去离子水中超声5-30分钟，去离子水冲洗后，氮气吹干。步骤c所述的在带负电的高分子聚合物溶液中浸泡过程为将电极浸泡在 0. 5-2. 5g/L、pH值为8-9. 5的聚醚酰亚胺(PEI)中5_30分钟，用去离子水冲洗并用氮气吹 干，然后将电极浸泡在0. 5-2g/L的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)中浸泡5-30分钟，用去离子水冲 洗电极表面并用氮气吹干。本专利技术的优点在于利用静电层层自组装方法，以无机材料水滑石纳米片为载体， 将两种蛋白质交替均勻的组装到ITO电极表面，得到结构稳定，厚度均勻可控的超薄膜修 饰电极。本专利技术的双蛋白质和无机材料超薄膜修饰电极显示了良好的响应信号，高效的催 化性能和良好的稳定性。附图说明图1为实施例1得到的不同层数超薄膜(水滑石纳米片/血红蛋白/水滑石纳米 片/辣根过氧化物酶)n的紫外_可见吸收光谱谱图；横坐标为波长，单位纳米(nm)，纵坐 标为吸光度，无单位；插图为各个层数的吸光度值对层数作图，横坐标为超薄膜的层数，纵 坐标为超薄膜在410纳米处对应的吸光度。图2为实施例1得到不同层数超薄膜(水滑石纳米片/血红蛋白/水滑石纳米 片/辣根过氧化物酶)n的XRD谱图，其中a，b，c的η值分别为3，8和15 ；横坐标为2倍角 (2 θ )，单位度；纵坐标为强度。图3为实施例1得到的(水滑石纳米片/血红蛋白/水滑石纳米片/辣根过氧化 物酶)2超薄膜的平面扫描电子显微镜和原子力显微镜图。图4为实施例1得到的(水滑石纳米片/血红蛋白/水滑石纳米片/辣根过氧化 物酶)2超薄膜的截面扫描电子显微镜图；图a，b，c分别为η = 1，3，5 ；图d为不同层数薄膜 厚度和相应层数的关系图，横坐标为超薄膜的层数，纵坐标为薄膜厚度，单位为纳米(nm)。图5为循环伏安曲线，a 实施例1得到的(水滑石纳米片/血红蛋白/水滑石纳 米片/辣根过氧化物酶)2超薄膜修饰电极，b 空白ITO电极；横坐标为电压，单位伏(V)， 相对于Ag/AgCl电极，纵坐标为电流，单位微安(μΑ)。图6为实施例1得到的(水滑石纳米片/血红蛋白/水滑石纳米片/辣根过氧 化物酶)2超薄膜修饰电极的循环伏案曲线，溶液分别为(a)10ymol/L，(b)20ymol/L, (c) 30 μ mol/L, (d) 50 μ mol/L, (e) 80 μ mol/L, (f) 120 μ mol/L, (g) 170 μ mol/L 邻苯酚溶液； 其中横坐标为电压，单位伏(V)，相对于Ag/AgCl电极，纵坐标为电流，单位微安(μΑ)； 插图为催化电流与邻苯酚浓度的关系曲线，其中，横坐标为邻苯酚浓度，单位微摩尔/升 (μ mol/L)，纵坐标为电流，单位微安(μ A)。具体实施例方式实施例1 a.水滑石纳米片胶体溶液的制备称取0. Imol Ni (NO3)2 · 6H20， 0. 05molAl(N03)3 · 9H20和0. 3mol尿素溶于500mL去离子水中，溶液在三口瓶中97°C下回 流搅拌24小时，用去离子水离心分离，洗涤至pH值接近7，70°C干燥24小时；取0. 5g固体 产物和63. 75g NaNO3放入三口瓶中，加入500mL脱CO2去离子水，再滴加0. 16mL HNO3在N2 保护下强烈搅拌，反应24小时，脱CO2去离子水离心分离，洗涤三遍，并用乙醇抽滤，固体在 70°C真空干燥24h得到水滑石前体；取0. 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水滑石纳米片和双蛋白复合超薄膜修饰电极，其特征在于，该修饰电极是水滑石纳米片和两种蛋白质分子交替沉积在基础电极ＩＴＯ电极上，其组成为水滑石纳米片层，蛋白质Ａ层，水滑石纳米片层，蛋白质Ｂ层重复逐层组装，标记为（水滑石纳米片／蛋白质Ａ／水滑石纳米片／蛋白质Ｂ）ｎ，ｎ为循环次数，蛋白质Ａ和蛋白质Ｂ分别为血红蛋白、肌红蛋白、辣根过氧化物酶、葡萄糖氧化酶中的任意一种，并且蛋白质Ａ和蛋白质Ｂ为不同蛋白质；该修饰电极的表面均匀连续，超薄膜在垂直于基础电极表面的方向上呈现长程有序的堆叠方式，超薄膜的厚度纳米尺度可控。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卫敏，饶秀英，段雪，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]