本发明专利技术公开了一种以ZrP-CA为载体的固定酶电极的制备方法，属于材料科学技术领域。包括以下步骤：制备炭气凝胶；将CA、正丙醇锆、去离子水以质量比为1∶1∶25的比例混合，按Zr∶P的摩尔比为1∶2，滴加入85％磷酸，搅拌后转移到密闭的玻璃容器中，在85℃水浴中加热3d；将质量比为1∶4的ZrP-CA粉末和GOD用纯度为95％的乙醇溶解，放入4℃冰箱中；将GC电极用氧化铝打磨，蒸馏水和无水乙醇超声清洗，干燥，将悬浮液滴加到处理好的GC电极表面，再滴加0.1％Nafion溶液，室温自然干燥。本发明专利技术炭气凝胶的导电率高有利于电子传递，磷酸锆的生物相容性好有利于酶的固定，提高了酶的固定效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于生物燃料电池和电化学生物传感器的以无机材料为载体固定酶电极的制备方法，属于材料科学
技术介绍
随着生物技术高速的发展和电化学材料不断的改进，生物大分子酶备受关注，而酶的固定和酶的直接电子转移成为研究的热点。这些研究不仅是探索生命体内的生理作用机理等理论研究的基础，也是对研究第三代生物传感器、开发生物燃料电池和生物芯片等方面具有重大的意义，因而酶的直接电化学行为具有重要的理论价值和良好的应用前景。 改善载体材料的应用和改进酶的固定方法，使酶能够稳定的固定在电极上并且能够进行快速的电子转移是直接电化学解决的关键问题。纳米材料是构建第三代电化学生物传感器中重要的载体材料。纳米材料具有巨大的表面积，在生物燃料电池中用于固定酶或微生物都具有很大的开发潜力。研究证明磷酸锆具有很好的生物相容性，有利于酶的固定。Kumar等人(J. Am. Chem. Soc. 2000，122， 830-837)对层状磷酸锆固定蛋白质的结构和活性进行了研究和分析。研究表明载体的亲水性及表明电荷的分布有利于蛋白质的固定，在生物传感器和生物催化方面有重要的应 M。 Bh￡imbh￡ini,A (Microporous and Mesoporous Materials, 2008,110,517-527)石if 究了变性剂对插入磷酸锆中的蛋白质稳定性的影响，报道表明磷酸锆有利于酶的固定，且在变性剂存在的条件下有助于提高酶的稳定性。Yang等人(BioelectrochemistrydOOS， 74,90-95)用磷酸锆纳米层膜固定辣根过氧化物酶，并进行了直接电化学测试和电催化实验。实验表明，磷酸锆纳米层膜具有很好的生物相容性，大的比表面积能使诱捕的酶显示出很好的电活性，生物活性及电催化活性。但是磷酸锆的导电性比较差，而碳的导电性好， 并且关于碳材料固定酶的报道也很多。其中较为新颖的是You等人(Talanta，2009，78， 705-710)采用Si为模板，蔗糖为碳源制备有序的二维、三维介孔碳固定葡萄糖氧化酶。有序的三维介孔碳材料对葡萄糖氧化酶的吸附容量较高、且固定酶后能够保持较高的生物活性。三维介孔碳材料由于具有高的比表面积、均一的孔结构及突出电催化性能，有利于酶的固定和电子转移速率的提高。在实验中，我们发现以炭气凝胶为模板合成介孔磷酸锆得到 &P-CA，不仅导电性好，生物相容性也很好，有利于酶的固定，同时也有助于电子转移速率的提高。该方法为载体制备和酶的固定提供了新的思路。
技术实现思路
专利技术的目的是提供一种可用于生物燃料电池和电化学生物传感器的以无机材料为载体固定酶电极的制备方法，本专利技术的固定酶电极具有良好的电化学性能。本专利技术提供的一种以&P-CA为载体的固定酶电极的制备方法，包括以下各步骤(1)制备炭气凝胶炭气凝胶的制备是现有技术，可参考pekala(journal of materialsscience,31989，24，3221-3227)报道的传统的制备方法制备炭气凝胶。如将间苯二酚(R)、甲醛(F) 和催化剂碳酸钠(C)以摩尔比1 2 500的比例混合，加入去离子水，使反应物浓度为 (即间苯二酚(R)和甲醛(F)占反应体系的质量分数)50%，在搅拌条件下溶解后，转移到密闭玻璃容器中，放入水浴锅中，在30°C下放置ld，50°C放置ld，85°C放置3d ；然后用丙酮置换出水溶剂，每天置换一次，置换3d ；在常温常压下自然干燥；将干燥的RF凝胶研磨成粉末，放入管式炉中，在N2气氛下以2. 5°C /min的速率升温至900°C，保温4h，自然降温后，得到的粉末为炭气凝胶。(2)用步骤⑴所得到的CA样品作模板，将CA样品、正丙醇锆、去离子水以质量比为1 1 25的比例混合，按& P的摩尔比为1 2，滴加入85%磷酸，搅拌2-4小时后转移到密闭的玻璃容器中，在85°C水浴锅中加热3d，过滤得到^^义々粉末。(3)取步骤(2)得到的&P-CA粉末和GOD以质量比为1 4的比例放入样品管中， 用纯度为95%的乙醇溶解，使酶的浓度为％ig/ml，机械摇勻后，得到GOD/ZrP-CA悬浊液，放入4°C冰箱中过夜待用。(4)将GC (玻碳)电极用0.3 μ m和0.05 μ m的氧化铝打磨至光亮，然后用二次蒸馏水和无水乙醇超声清洗，干燥。用微量进样器取步骤(3)的悬浮液滴加到处理好的GC 电极表面，再滴加0. 1 % Nafion溶液，室温自然干燥，得到以&P-CA为载体的固定酶电极， 其中悬浮液的用量为每0. 1256cm2的GC8yL，0. 1 % Nafion溶液的用量为每0. 1256cm2的 GC2y L0本专利技术制得的以玻碳电极为基底无机^^^々为载体的酶电极，炭气凝胶的导电率高有利于电子传递，磷酸锆的生物相容性好有利于酶的固定。由炭气凝胶为模板负载磷酸锆得到的&P-CA，提高了酶的固定效果。其性能评价采用三电极体系，进行循环伏安扫描测试，数据由美国普林斯顿公司的恒电流电位仪Potentiostat/Galvanostat model 273A 记录。工作电极直接采用无机^^义々为载体的酶电极，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，对电极为钼电极。通过不同浓度葡萄糖的PBS溶液中电极的循环伏安曲线的变化来评价固定酶的性能。测试结果(见图3、图6)表明以&P-CA为载体的酶电极保持了 GOD活性，并且对葡萄糖有较好催化性能。附图说明图1是实施例1中样品的X射线衍射图；图2是实施例1中样品的透射电镜图；图3是实施例1与各对比例的循环伏安测试图；图4是实施例2的不同扫速下的循环伏安曲线测试图；图5是实施例3的不同PH下的循环伏安曲线测试图；图6是实施例4中不同浓度葡萄糖的磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安测试图；图7是实施例5中饱和氧气、空气和氮气的磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安测试图。具体实施例方式以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。实施例1(1)参考 pekala(journal of materials science，1989，24，3221-3227)报道的传统的制备方法制备炭气凝胶。炭气凝胶的制备将间苯二酚(R)、甲醛(F)和催化剂碳酸钠(C)以摩尔比1 2 500的比例混合，加入去离子水，使反应物浓度为(即间苯二酚 (R)和甲醛(F)占反应体系的质量分数)50%，在搅拌条件下溶解后，转移到密闭玻璃容器中，放入水浴锅中，在30°C下放置1 d，50°C放置1 d，85°C放置3d ；然后用丙酮置换出水溶剂， 每天置换一次，置换3d ；在常温常压下自然干燥；将干燥的RF凝胶研磨成粉末，放入管式炉中，在N2气氛下以2.5°C /min的速率升温至900°C，保温4h，自然降温后，得到的粉末为炭气凝胶。(2)用步骤(1)所得到的CA样品作模板，将CA样品、正丙醇锆、去离子水以质量比为1 1 25的比例混合，按& P的摩尔比为1 2，滴加入85%磷酸，搅拌2-4小时后转移到密闭的玻璃容器中，在85°C水浴锅中加热3d，过滤得到&P-CA粉末。(3)取步骤(2)得到的&P-CA粉末和GOD以质本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种以ＺｒＰ－ＣＡ为载体的固定酶电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）制备炭气凝胶；（２）用步骤（１）所得到的ＣＡ样品作模板，将ＣＡ样品、正丙醇锆、去离子水以质量比为１∶１∶２５的比例混合，按Ｚｒ∶Ｐ的摩尔比为１∶２，滴加入８５％磷酸，搅拌２－４小时后转移到密闭的玻璃容器中，在８５℃水浴锅中加热３ｄ，过滤得到ＺｒＰ－ＣＡ粉末；（３）取步骤（２）得到的ＺｒＰ－ＣＡ粉末和ＧＯＤ以质量比为１∶４的比例放入样品管中，用纯度为９５％的乙醇溶解，使酶的浓度为４ｍｇ／ｍｌ，机械摇匀后，得到ＧＯＤ／ＺｒＰ－ＣＡ悬浊液，放入４℃冰箱中过夜待用；（４）将ＧＣ电极用０．３μｍ和０．０５μｍ的氧化铝打磨至光亮，然后用二次蒸馏水和无水乙醇超声清洗，干燥，用微量进样器取步骤（３）的悬浮液滴加到处理好的ＧＣ电极表面，再滴加０．１％Ｎａｆｉｏｎ溶液，室温自然干燥，得到以ＺｒＰ－ＣＡ为载体的固定酶电极，其中悬浮液的用量为每０．１２５６ｃｍ２的ＧＣ８μＬ，０．１％Ｎａｆｉｏｎ溶液的用量为每０．１２５６ｃｍ２的ＧＣ２μＬ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：于志辉，任翠华，夏定国，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11
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