本发明专利技术公开了一种复合电极及其制备方法：(1)将双层空心碳球与溶剂混合均匀形成分散液；(2)将分散液均匀滴涂于玻璃碳电极表面，干燥即可。该复合电极在制备负载脱氢酶或者氧化酶的复合电极或用于检测NADH传感器中的应用，本发明专利技术又公开了用于检测NADH传感器及其制备方法。本发明专利技术还公开了负载脱氢酶或者氧化酶的的复合电极及其制备方法，及其在生物传感器和生物燃料电池中的应用。本发明专利技术还公开了生物传感器和生物燃料电池及其制备方法，该生物传感器无需媒介体催化即能对脱氢酶所对应的脱氢底物进行检测，并且具有响应快速、选择性好、灵敏度高和准确度高的优点，该生物燃料电池能够在生理环境中工作，且不需要媒介体进行电催化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电极材 料，尤其涉及复合电极及其制备方法和应用，更涉及负载脱氢酶的复合电极及其制备方法和在生物传感器及生物燃料电池中的应用，和负载氧化酶的复合电极及其制备方法和在生物燃料电池中的应用。
技术介绍
烟酸胺腺嘌呤二核苷酸(英文名为nicotinamide adenine dinucleotide,缩写为NAD)是一种脱氢酶的辅酶，是氧化作用中的电子载体，不论是在呼吸作用还是光合作用过程，它都起着核心枢纽作用。NAD的还原态为NADH，氧化态为NAD+。NAD+通过各种脱氢酶，从底物中接受一个氢原子和两个电子，变成还原态的NADH。这个反应能可逆地进行，以实现电子传递。NADH参与超过300多种脱氢酶的酶催化反应，这使其在相关的生物电子装置，如生物传感器和生物燃料电池中有着很大的发展前景。然而，在传统的裸电极中NADH的直接电氧化速度很慢且需要较高的过电位，如在碳电极中为I. IV、在钼金电极中为1.3V，尽管NADH/NAD+电极的热动力学电势仅为-O. 54V (参比电极Ag/AgCl，pH = 7. 0，25°C )。更为严重地，NADH在高过电位下氧化会污染电极表面，同时伴随反应产物的堆积，大大降低了电极的催化灵敏度、稳定性和工作寿命。针对这些问题，人们首先尝试在电极上表面修饰具有氧化还原活性的电催化剂，诸如单体或聚合态的吩嗪、吩噻嗪或吩呃嗪染料、含有醌基官能团的化合物、金属复合物、导电盐、氧化还原聚合物和一些特殊的化合物，这些物质在电极表面作为电子传递的媒介体来催化NADH的电氧化。然而，大多数的这些媒介体修饰电极仍然存在缺陷，例如媒介体在电极上不够稳定，会从电极上泄露，从而降低所制备电极的灵敏度，因而限制其应用。近年来，本领域研究人员致力于设计可用于直接电氧化和无媒介检测NADH，并且能够降低过电位并减少表面钝化效应的新型电极材料。到目前为止，只有很少的新材料，包括肽纳米管、聚1，2-苯二胺纳米管和一些碳基材料被研究来改善NADH在低过电压时的直接氧化。在这些电极材料中，碳基材料更具吸引力。与金属电极材料相比，碳基电极材料更易获取、便宜、具有良好的生物相容性，并且能够被制成多种不同的结构。在大多数的电解液中，碳材料相对具有更好的化学惰性，在水溶液中能在一个较宽的电势范围内(-1. O I. 0V，参比电极为饱和甘汞电极)保持较高的表面活性。至今，诸如硼掺杂的金刚石、预阳极化处理的电极、碳纳米管、热解石墨、碳纳米纤维、碳纤维和碳布等不同形态的碳材料被用于促进NADH在较低的过电压下的直接氧化。对于这些碳基材料而言，在碳表面的边缘碳或缺陷和含氧基团对NADH的氧化具有催化作用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是为了克服现有电极对NADH的直接电氧化速度慢，需要很高的过电位，需要电催化剂(即是媒介体)，电极表面易污染，灵敏度低等缺陷，提供了一种易得、价廉，具有良好生物相容性并且在低过电压下就能具有良好电催化活性的复合电极及其制备方法，及其在制备负载脱氢酶的复合电极、制备负载氧化酶的复合电极或用于检测NADH传感器中的应用，同时提供了用于检测NADH传感器及其制备方法。本专利技术还提供一种负载脱氢酶的复合电极及其制备方法，及其在基于脱氢酶生物传感器和生物燃料电池中的应用。该生物传感器无需媒介体催化即能对脱氢酶所对应的脱氢底物进行检测，并且具有响应快速、选择性好、灵敏度高和准确度高的优点。本专利技术还提供一种负载氧化酶的复合电极及其制备方法，其在生物燃料电池中的应用。该负载氧化酶的复合电极对氧化酶的直接电子转移具有良好的促进作用。基于负载脱氢酶的复合电极与负载氧化酶的复合电极的特性，还提供了一种无隔膜、直接生物电催化型的生物燃料电池及其制备方法，该生物燃料电池能够在生理环境中工作，且不需要媒介体进行电催化。本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题。本专利技术提供了一种复合电极的制备方法，其包括下述步骤(I)将双层空心碳球(carbon double-shelled hollow spheres,英文缩写 CS)与溶剂混合、超声得分散液；(2)将所述的分散液均勻滴涂于玻璃碳(glassy carbon,英文缩写GC)电极表面，干燥后即得复合电极。所述的复合电极为在所述的玻璃碳电极上包覆双层空心碳球所制得的复合电极，为了便于下文阐述，简称为CS/GC电极。其中，所述的双层空心碳球可按文献General Synthetic Route towardFunctional Hollow Spheres with Double-Shelled Structures(M. Yang, J. Ma, C. Zhang,Z. Yang, Y. Lu, Angew. Chem. Int. Ed. 2005,44,6727-6730)或 Phenolic Resin and DerivedCarbon Hollow Spheres (M. Yang, J. Ma, S. Ding, Z. Meng, J. Liu, T. Zhao, L. Mao, Y. Shi,X. Jin, Y. Lu, Z. Yang, MacromoI. Chem. Phys.，2006，207，1633-1639)进行制备。本专利技术中所述的双层空心碳球按下述步骤制备(a)在40°C下将经冷冻干燥的聚苯乙烯空心球浸在浓度为98wt%浓硫酸中磺化I小时，分别经水和乙醇清洗，制得磺化的聚苯乙烯空心球；在Mg(OH)2催化下，摩尔比为I I. 3的苯酚和甲醛在70 100°C下反应I 2小时，制备得酚醛树脂，将酚醛树脂与乙醇混合得含酚醛树脂的乙醇溶液；(b)将含所述聚苯乙烯空心球的乙醇溶液与所述的含酚醛树脂的乙醇溶液混合，在搅拌条件下，于室温下反应4小时，加热至150°C进一步反应2小时，离心得酚醛树脂复合空心球；其中，所述聚苯乙烯空心球与所述酚醛树脂的质量比为I : 4;(c)将所述的酚醛树脂复合空心球在N2气氛中800°C煅烧2小时，即可。本专利技术制得的双层空心碳球的粒径一般为450 540nm，所述的双层空心碳球的比表面积一般为194 200m2/g。步骤⑴中，所述的分散液中所述双层空心碳球的含量较佳地为8 10mg/mL。步骤⑴中，所述的溶剂为本领域常规使用的溶剂，较佳地为N，N-二甲基甲酰胺(N, N-dimethylformamide,英文缩写 DMF)或乙醇。步骤⑵中，所述的分散液的用量较佳地为4 6 μ L。步骤(2)中，所述的玻璃碳电极较佳地是经过抛光和清洗的电极。所述玻璃碳电极的型号为本领域常规使用的型号，所述玻璃碳电极的直径较佳地为3mm。其中，所述的抛光按本领域的常规方法进行，所述的抛光依次使用粒径为0. 3和0. 05 μ m的氧化铝浆进行。所述的清洗为本领域的常规清洗方式，一般使用丙酮和水分别超、声清洗3 5分钟。本专利技术还提供了一种由上述制备方法制得的复合电极。本专利技术还提供了一种所述的复合电极在制备负载脱氢酶的复合电极、制备负载氧化酶的复合电极或者用于检测NADH的传感器中的应用。本专利技术还提供了一种用于检测NADH的传感器，其包括所述的复合电极。本专利技术还提供了一种负载脱氢酶的复合电极的制备方法，其包括下述步骤将脱氢酶包本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，尹君，郭新颖，
申请(专利权)人：高峰，
类型：发明
国别省市：
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