【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学传感器，尤其涉及一种冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极及其制备方法和应用。
技术介绍
1、碱金属离子如钾离子在生物体内扮演着关键的角色，影响细胞内外的水平衡、细胞膜的电位和神经传导等生理过程。了解钾离子的浓度变化可以帮助更好地理解细胞功能、神经传递以及整体生物体内的调节机制。在医学上，它可以帮助监测患者的肾脏功能和电解质平衡。但是由于钠离子等金属离子和钾离子的物理和化学性质相似，很难对其进行单独检测，这也是目前钾离子检测所存在的难题。
2、锥形玻璃纳米管电极电化学检测具有高灵敏度和高空间分辨率的优势。由于其微小的尺寸，它可以在单个细胞或亚细胞水平上进行检测，可提供深入了解生物体内分子和离子动态的能力。此外，锥形玻璃纳米管电极还可以实现非破坏性检测，减少对生物样本的影响，在生物医学研究和临床诊断中具有广泛的应用前景，但裸锥形玻璃纳米管电极检测面临着离子检测无选择性的问题。
3、考虑到冠醚由于其特殊的化学结构决定其对碱金属离子如钾离子具有特异性选择。例如，钾离子的离子半径与18-冠醚-6的配位环结构非常匹配，18-冠醚-6空腔大小约260-320pm，钾离子直径266pm，因此钾离子能够与18-冠醚-6形成非常稳定的配合物。与其他金属离子相比，钾离子能够更有效地与18-冠醚-6形成配合物，因此具有更高的特异性选择性。这种特异性选择性使得18-冠醚-6成为一种优秀的钾离子选择剂。因此，若是能够赋予锥形玻璃纳米管电极以特性性选择性，则有望解决其离子检测无选择性的问题。
技
1、基于上述技术问题，本专利技术提供了一种冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极及其制备方法和应用，通过在锥形玻璃纳米管的管壁上原位键合有冠醚官能团，当其作为电极用于电化学分析传感器时，可实现对钾等金属离子的快速、高灵敏以及高时空分辨率监测。
2、本专利技术提出的一种冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极，包括锥形玻璃纳米管和贯穿所述锥形玻璃纳米管内腔的金属电极丝；
3、其中，所述锥形玻璃纳米管锥形尖端的内腔表面化学键合有冠醚基团。
4、本专利技术利用所述冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极可有效实现对钾等金属离子的检测，通过测试发现，所述电极相比裸锥形玻璃纳米管电极，前者对钾等金属离子的电化学检测性能得到了显著提高，与此同时，也实现了对钾等金属离子的特异性检测，有效解决了钾等金属离子受限区域内难以特异性检测的问题。
5、优选地，所述锥形玻璃纳米管锥形尖端的截面直径为1-500nm。
6、优选地，所述金属电极丝为ag/agcl电极丝。
7、优选地，所述冠醚基团为尺寸大小适于检测碱金属离子或碱土金属离子的冠醚基团；
8、优选地，所述冠醚基团尺寸大小为适于检测钾离子的冠醚基团。
9、本专利技术还提出一种上述冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极的制备方法，包括如下步骤：
10、s1、将玻璃纳米管中间部位拉细成锥，得到锥形玻璃纳米管；
11、s2、将所述锥形玻璃纳米管与含琥珀酸酐的硅烷偶联剂偶联后，再与氨基冠醚缩合，得到锥形尖端内腔表面化学键合有冠醚基团的锥形玻璃纳米管；
12、s3、将金属电极丝插入所述锥形尖端内腔表面化学键合有冠醚基团的锥形玻璃纳米管中，即得到所述冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极。
13、优选地，步骤s1中，所述拉细成锥是采用激光拉制仪进行；
14、优选地，所述激光拉制仪的拉制参数包括：heat:600-800；fil:3-4；vel:30-50；del:170-180；pul:180-200；
15、优选地，在所述拉细成锥之前，还包括将玻璃纳米管加入食人鱼溶液中浸泡。
16、优选地，步骤s2中，所述含琥珀酸酐的硅烷偶联剂为(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐，所述氨基冠醚为4'-氨基苯并-18-冠醚-6；
17、优选地，所述缩合是在edc/nhs试剂下进行。
18、优选地，所述金属电极丝为ag/agcl电极丝；
19、优选地，所述ag/agcl电极丝是将ag丝在酸溶液中氧化以在ag丝表面形成agcl后得到。
20、本专利技术还提出一种上述电极或上述制备方法制备的电极在电化学传感器中的应用。
21、优选地，所述电化学传感器用于对钾离子进行检测。
22、有益效果：
23、(1)本专利技术中，虽然锥形玻璃纳米管电极由于其纳米级的锥形尖端以及其带电的内壁，可通过在管内外施加电压影响阴阳离子的离子通量，进而影响电流，即电极内壁双电层促使离子电流整流效应的形成；但是管壁对离子无选择性，故而并不能特异性的选择某种离子。18-冠醚-6空腔大小约260-320pm，钾离子直径266pm，两者尺寸相似，因此可以特异性络合，本专利技术结合此种主客体识别效应，将18-冠醚-6键合在锥形玻璃纳米管的管壁内，解决了锥形玻璃纳米管电极无离子选择性的问题，使电极实现了对钾离子的特异性检测。
24、(2)本专利技术所述冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极成本低、易于制造，具有优异的化学和机械稳定性，分析快速且可以实现在受限区域内的检测；本专利技术检测灵敏度高且具有良好的选择性，在受限区域高灵敏检测中有广阔的应用前景，尤其在生物活体、细胞液以及细胞内检测，玻璃锥形纳米管电极还可以实现非破坏性检测，减少对生物样本的影响。
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1.一种冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极，其特征在于，包括锥形玻璃纳米管和贯穿所述锥形玻璃纳米管内腔的金属电极丝；
2.根据权利要求1所述冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极，其特征在于，所述锥形玻璃纳米管锥形尖端的截面直径为1-500nm。
3.根据权利要求1或2所述冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极，其特征在于，所述金属电极丝为Ag/AgCl电极丝。
4.根据权利要求1-3任一项所述冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极，其特征在于，所述冠醚基团为尺寸大小适于检测碱金属离子或碱土金属离子的冠醚基团；
5.一种权利要求1-4任一项所述冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述拉细成锥是采用激光拉制仪进行；
7.根据权利要求5或6所述冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述含琥珀酸酐的硅烷偶联剂为(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐，所述氨基冠醚为4'-氨基苯并-18-冠醚-6；
8
9.一种权利要求1-4任一项所述电极或权利要求5-8任一项所述制备方法制备的电极在电化学传感器中的应用。
10.根据权利要求9所述电极在电化学传感器中的应用，其特征在于，所述电化学传感器用于对钾离子进行检测。
...【技术特征摘要】
1.一种冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极，其特征在于，包括锥形玻璃纳米管和贯穿所述锥形玻璃纳米管内腔的金属电极丝；
2.根据权利要求1所述冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极，其特征在于，所述锥形玻璃纳米管锥形尖端的截面直径为1-500nm。
3.根据权利要求1或2所述冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极，其特征在于，所述金属电极丝为ag/agcl电极丝。
4.根据权利要求1-3任一项所述冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极，其特征在于，所述冠醚基团为尺寸大小适于检测碱金属离子或碱土金属离子的冠醚基团；
5.一种权利要求1-4任一项所述冠醚修饰的锥形玻璃纳米管电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述冠醚修饰的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘中刚，徐佳炜，杨晓娟，崔晓彤，万思宇，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：
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