專利名稱：一種基于石墨烯的雙酶葡萄糖傳感器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于石墨烯的雙酶葡萄糖傳感器的制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生物傳感器的研究經(jīng)歷了三個發(fā)展階段即第一代生物傳感器以氧為中繼體的電催化，第二代生物傳感器基于人造媒介體的電催化和第三代生物傳感器的直接電催化。要實現(xiàn)H2O2在電極上直接氧化往往需要較高的工作電位(大于O. 6V vs. SCE)。在這樣的高工作電位下，共存于實際生物樣品中的許多物質(zhì)(如尿酸、抗壞血酸等)在電極表面也同時被氧化，從而導致了干擾信號的產(chǎn)生。而構(gòu)建雙酶體系的葡萄糖生物傳感器是一種抑制干擾的有效辦法。在傳感器制備中，將葡萄糖氧化酶(GOx)與辣根過氧化物酶(HRP)共同組裝到電極上，這樣，酶促反應生成的H2O2就可以直接被HRP還原。檢測的機理由H2O2在電極表面的氧化反應轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原反應，從而降低工作電位，消除干擾電流的產(chǎn)生，提高傳感器的選擇性。石墨烯具有良好的生物相容性、獨特的電學性能、明顯的量子效應、大的比表面積、高穩(wěn)定性以及強吸附特性，近年來引起世界各國化學、物理、材料學界人士的廣泛關(guān)注，在科學基礎(chǔ)研究及應用 研究中倍受青睞。本發(fā)明利用石墨烯復合材料的優(yōu)異性能，結(jié)合雙酶體系的信號增敏放大效應，制備出一種選擇性好并且具有優(yōu)良穩(wěn)定性的葡萄糖酶傳感器，可廣泛應用到糖尿病診斷和食品工藝監(jiān)測等方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于石墨烯的雙酶葡萄糖傳感器的制備方法。本發(fā)明提出的一種基于石墨烯的雙酶葡萄糖傳感器的制備方法，是將離子液體功能化修飾石墨烯改善其分散性，再將其與鉬納米粒子聯(lián)用，以促進電子的傳遞，運用層層自組裝法修飾到玻碳電極上，再利用生物雙放大效應，結(jié)合葡萄糖氧化酶和辣根過氧化氫酶兩種酶，在4°C下干燥24小時，使電極表面形成一層均勻的復合膜，制備雙酶葡萄糖傳感器。具體步驟如下
(O功能化石墨烯的制備將IOmg的離子液體加入到O. 5mg/mL的氧化石墨水溶液中超聲50-70分鐘，得到均勻分散的混合物；而后加入10 mg Κ0Η，超聲20-40分鐘，得到透明均一的溶液；在6(T80°C溫度下，回流反應2Γ48小時，得到功能化石墨烯，所得產(chǎn)物離心，用乙醇、水洗至中性，真空干燥；
(2)Pt納米粒子的制備將lwt%H2PtCl6的水溶液Iml加入到IOOml水中，加熱至沸點溫度；再加入lwt%的檸檬酸鈉水溶液3ml，保持沸點溫度反應f 3小時，得到Pt納米粒子；
(3)雙酶葡萄糖傳感器的制備
a.玻碳電極的預處理首先將玻碳電極(Φ=3ι πι)用金相砂紙拋光,再依次用Ι.ΟμπκO. 3 μ m和O. 05 μ m的Al2O3懸浮液在麂皮上拋光至鏡面，最后分別用體積比為1:1的HNO3溶液、無水乙醇和二次蒸餾水超聲清洗干凈，備用；
b.修飾玻碳電極的制備將預處理好的玻碳電極在步驟(I)得到的O. 05M功能化石墨烯分散液中浸泡20-40分鐘，用二次蒸餾水洗去未吸附上的功能化石墨烯；再在步驟(2)中所述的Pt納米粒子中浸泡20-40分鐘，用二次蒸餾水洗去未吸附上的Pt納米粒子，如此反復2-5次，氮氣氣氛中，自然晾干；最后在由葡萄糖氧化酶和辣根過氧化氫酶組成的殼聚糖分散液中，在3-5°C溫度下，浸泡10-14小時。再用pH=7. 4的PBS磷酸鹽緩沖液洗滌，在該溫度下，氮氣氣氛中，干燥，得到基于石墨烯的雙酶葡萄糖傳感器，然后在電化學工作站上測試傳感器的分析性能。本發(fā)明中，步驟(I)中所述石墨烯是指單層石墨片、多層石墨片或它們的混合物中任一種。本發(fā)明中，步驟(I)中所述離子液體是指1-辛基-3-甲基咪唑溴化物離子液體，[bmim]pf6 或[bmm]bf4 等中的任一種。本發(fā)明中，步驟(3)中所述葡萄糖氧化酶和辣根過氧化氫酶的質(zhì)量比為本發(fā)明中，步驟(3)中所述功能化石墨烯和Pt納米粒子的層數(shù)為1、2、3、4、5等中的任一種。本發(fā)明提供的層層自組裝制備方法簡單易行，結(jié)合了雙酶生物信號增敏放大效應和石墨烯具有良好的生物相容性、獨特的電學性能等特點，制備的納米復合材料生物相容性好，利于生物酶的固定且制備方法成本低，簡單快捷。因此，本發(fā)明具有重要的科學技術(shù)價值和實 際應用價值。


圖1為實施例1中基于石墨烯的雙酶葡萄糖傳感器的工藝流程及傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實施例1中在含有葡萄糖(2mM)的O. 05M、pH=7. 4的磷酸鹽PBS緩沖溶液中葡萄糖傳感器的循環(huán)伏安曲線圖。圖中，測試操作電壓為-1.0 1.0￥，掃描速率為50!^/S。圖3為實施例2中在O. 05M、pH=7. 4的磷酸鹽PBS緩沖溶液中依次加入5mM葡萄糖溶液的葡萄糖傳感器的電流-時間曲線圖。圖中，酶電極電位為-O. 6v，傳感器的檢測下限為2mM。
具體實施例方式下面的實施例是對本發(fā)明的進一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。下述實施例中，所用的工作電極是玻碳電極(Φ=3πιπι)。電化學測試所用的對電極是鉬電極，參比電極為Ag/AgCl標準電極。電化學測試采用循環(huán)伏安法，操作電壓為-1. (Tl. 0V,掃描速率為50mv/s，測試底液為O. 05M、pH=7. 4的磷酸鹽PBS緩沖溶液。實施例1 :
(I)功能化石墨烯的制備將IOmg的離子液體[BMM]PF6加入到O. 5mg/mL的氧化石墨水溶液中超聲一小時，得到均勻分散的混合物。而后加入KOH (10 mg)，超聲30分鐘，得到透明均一的溶液。在60°C溫度下，回流反應24小時，得到功能化石墨烯，所得產(chǎn)物離心，用乙醇、水洗至中性，真空60 V干燥。(2)Pt納米粒子的制備將lwt% H2PtCl6的水溶液(Iml)加入到IOOml水中，加熱至沸點溫度。再快速加入lwt%的檸檬酸鈉水溶液3ml，保持沸點溫度I小時。(3)雙酶葡萄糖傳感器的制備
a.玻碳電極的預處理首先將玻碳電極(Φ=3ι πι)用金相砂紙拋光,再依次用1. Ομπι和O. 3 μ m和O. 05 μ m的Al2O3懸浮液在麂皮上拋光至鏡面，最后分別用1:1的HNO3溶液、無水乙醇和二次蒸餾水超聲清洗干凈，備用。b.修飾玻碳電極的制備將預處理好的玻碳電極在步驟(I)得到的O. 05M功能化石墨烯分散液中浸泡30分鐘，用二次蒸餾水洗去未吸附上的功能化石墨烯；再在Pt分散液中浸泡30分鐘，用二次蒸餾水洗去未吸附上的Pt納米粒子，如此反復3次，氮氣氣氛中，自然晾干。最后在葡萄糖氧化酶和辣根過氧化氫酶質(zhì)量比為1:1的殼聚糖分散液中，在4°C溫度下，浸泡12小時。再用PBS磷酸鹽緩沖液(pH=7. 4)洗，在4°C、氮氣氣氛中，干燥，得到基于石墨烯的雙酶葡萄糖傳感器。該傳感器是以玻碳電極為基底，中間層是功能化石墨烯和鉬納米粒子交替形成的3層混合物，其中鉬納米粒子以靜電吸附的形式固定在功能化石墨烯上，最外層為酶的修飾電極(圖1)。然后在電化學工作站上測試傳感器的分析性能1)在含有葡萄糖(2mM)的O. 05M、pH=7. 4的磷酸鹽PBS緩沖溶液中葡萄糖傳感器的循環(huán)伏安曲線(圖2)。其中，測試操作電壓為-1. 0~l. 0V，掃描速率為50mv/s。2)在最佳測試條件下，在O. 05M、pH=7. 4的磷酸鹽PBS緩沖溶液中依次加入5mM葡萄糖溶液，測試葡萄糖傳感器的電流-時間曲線(圖3)。其中酶電極電位為-O. 6v。實施例2
(I)功能化石墨烯的制備將IOmg的離子液體[BMM]BF4加入到O. 5mg/mL的氧化石墨水溶液中超聲一小時，得到均勻分散的混合物。而后加入KOH (10 mg)，超聲30分鐘，得到透明均一的溶液。在80°C溫度下，回流反應48小時，得到功能化石墨烯，所得產(chǎn)物離心，用乙醇、水洗至中性，真空600C干燥。(2)Pt納米粒子的制備將lwt% H2PtCl6的水溶液(Iml)加入到IOOml水中，加熱至沸點溫度。再快速加入lwt%的檸檬酸鈉水溶液3ml，保持沸點溫度I小時。(3)雙酶葡萄糖傳感器的制備
a.玻碳電極的預處理首先將玻碳電極(Φ=3ι πι)用金相砂紙拋光,再依次用1. Ομπι和O. 3 μ m和O. 05 μ m的A1203懸浮液在麂皮上拋光至鏡面，最后分別用1:1的HN03溶液、無水乙醇和二次蒸餾水超聲清洗干凈，備用。b.修飾玻碳電極的制備將預處理好的玻碳電極在步驟(I)得到的O. 05M功能化石墨烯分散液中浸泡30分鐘，用二次蒸餾水洗去未吸附上的功能化石墨烯；再在Pt分散液中浸泡30分鐘，用二次蒸餾水洗去未吸附上的Pt納米粒子，如此反復3次，氮氣氣氛中，自然晾干。最后在葡萄糖氧化酶和辣根過氧化氫酶質(zhì)量比為1:2的殼聚糖分散液中，在4°C溫度下，浸泡12小時。再用PBS磷酸鹽緩沖液(pH=7. 4)洗，在4°C、氮氣氣氛中，干燥，得到基于石墨烯的雙酶葡萄糖傳感器。該傳感器是以玻碳電極為基底，中間層是功能化石墨烯和鉬納米粒子交替形成的3層混合物，其中鉬納米粒子以靜電吸附的形式固定在功能化石墨烯上，最外層為酶的修飾電極。
實施例3
(O功能化石墨烯的制備將IOmg的離子液體1-辛基-3-甲基咪唑溴化物加入到O. 5mg/mL的氧化石墨水溶液中超聲一小時,得到均勻分散的混合物。而后加入KOH (10mg)，超聲30分鐘，得到透明均一的溶液。在70°C溫度下，回流反應48小時，得到功能化石墨烯，所得產(chǎn)物離心，用乙醇、水洗至中性,真空60 V干燥。(2)Pt納米粒子的制備將I wt % H2PtCl6的水溶液(Iml)加入到IOOml水中，力口熱至沸點溫度。再快速加入I wt %的檸檬酸鈉水溶液3ml，保持沸點溫度3小時。(3)雙酶葡萄糖傳感器的制備
a.玻碳電極的預處理首先將玻碳電極(Φ=3ι πι)用金相砂紙拋光,再依次用1. Ομπι和O. 3 μ m和O. 05 μ m的Al2O3懸浮液在麂皮上拋光至鏡面，最后分別用1:1的HNO3溶液、無水乙醇和二次蒸餾水超聲清洗干凈，備用。b.修飾玻碳電極的制備將預處理好的玻碳電極在步驟(I)得到的O. 05M功能化石墨烯分散液中浸泡30分鐘，用二次蒸餾水洗去未吸附上的功能化石墨烯；再在Pt分散液中浸泡30分鐘，用二次蒸餾水洗去未吸附上的Pt納米粒子，如此反復4次，氮氣氣氛中，自然晾干。最后在葡萄糖氧化酶和辣根過氧化氫酶質(zhì)量比為1:1. 5的殼聚糖分散液中，在4°C溫度下，浸泡12小時。再用PBS磷酸鹽緩沖液(pH=7. 4)洗，在4°C、氮氣氣氛中，干燥，得到基于石墨烯的雙酶葡萄糖傳感器。該傳感器是以玻碳電極為基底，中間層是功能化石墨烯和鉬納米粒子交替形成的4層混合物，其中鉬納米粒子以靜電吸附的形式固定在功能化石墨烯上，最外層為酶的修飾電極。實施例4 (I)功能化石墨烯的制備將IOmg的離子液體[BMM]BF4加入到O. 5mg/mL的氧化石墨水溶液中超聲一小時，得到均勻分散的混合物。而后加入KOH (10 mg)，超聲30分鐘，得到透明均一的溶液。在80°C溫度下，回流反應36小時，得到功能化石墨烯，所得產(chǎn)物離心，用乙醇、水洗至中性，真空60°C干燥。(2)Pt納米粒子的制備將I wt % H2PtCl6的水溶液(Iml)加入到IOOml水中，力口熱至沸點溫度。再快速加入I wt %的檸檬酸鈉水溶液3ml，保持沸點溫度2小時。(3)雙酶葡萄糖傳感器的制備
a.玻碳電極的預處理首先將玻碳電極(Φ=3ι πι)用金相砂紙拋光,再依次用1. Ομπι和O. 3 μ m和O. 05 μ m的Al2O3懸浮液在麂皮上拋光至鏡面，最后分別用1:1的HNO3溶液、無水乙醇和二次蒸餾水超聲清洗干凈，備用。b.修飾玻碳電極的制備將預處理好的玻碳電極在步驟(I)得到的O. 05M功能化石墨烯分散液中浸泡30分鐘，用二次蒸餾水洗去未吸附上的功能化石墨烯；再在Pt分散液中浸泡30分鐘，用二次蒸餾水洗去未吸附上的Pt納米粒子，如此反復5次，氮氣氣氛中，自然晾干。最后在一定比例的葡萄糖氧化酶和辣根過氧化氫酶質(zhì)量比為1:3的殼聚糖分散液中，在4°C溫度下，浸泡12小時。再用PBS磷酸鹽緩沖液(pH=7. 4)洗，在4°C、氮氣氣氛中，干燥，得到基于石墨烯的雙酶葡萄糖傳感器。該傳感器是以玻碳電極為基底，中間層是功能化石墨烯和鉬納米粒子交替形成的5層混合物，其中鉬納米粒子以靜電吸附的形式固定在功能化石墨烯上，最外層為酶的修飾電極。上述的對實施例的描述是為了便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員理解和應用苯發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于石墨烯的雙酶葡萄糖傳感器的制備方法，其特征在于具體步驟如下 (1)功能化石墨烯的制備將IOmg的離子液體加入到0.5mg/mL的氧化石墨水溶液中超聲50-70分鐘，得到均勻分散的混合物；而后加入10 mg KOH，超聲20-40分鐘，得到透明均一的溶液；在6(T80°C溫度下，回流反應24 48小時，得到功能化石墨烯，所得產(chǎn)物離心，用乙醇、水洗至中性，真空干燥； (2)Pt納米粒子的制備將lwt%H2PtCl6的水溶液Iml加入到IOOml水中，加熱至沸點溫度；再加入lwt%的檸檬酸鈉水溶液3ml，保持沸點溫度反應f 3小時，得到Pt納米粒子； (3)雙酶葡萄糖傳感器的制備 a.玻碳電極的預處理首先將玻碳電極用金相砂紙拋光，再依次用1.0 ii m、0. 3 ii m和0.05um的Al2O3懸浮液在麂皮上拋光至鏡面，最后分別用體積比為1:1的HNO3溶液、無水乙醇和二次蒸餾水超聲清洗干凈，備用； b.修飾玻碳電極的制備將預處理好的玻碳電極在步驟(I)得到的0.05M功能化石墨烯分散液中浸泡20-40分鐘，用二次蒸餾水洗去未吸附上的功能化石墨烯；再在步驟(2)中所述的Pt納米粒子中浸泡20-40分鐘，用二次蒸餾水洗去未吸附上的Pt納米粒子，如此反復2-5次，氮氣氣氛中，自然晾干；最后在由葡萄糖氧化酶和辣根過氧化氫酶組成的殼聚糖分散液中，在3-5°C溫度下，浸泡10-14小時；再用pH=7. 4的PBS磷酸鹽緩沖液洗滌，在該溫度下，氮氣氣氛中，干燥，得到基于石墨烯的雙酶葡萄糖傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯的雙酶葡萄糖傳感器的制備方法，其特征是步驟(I)中所述石墨烯是指單層石墨片、多層石墨片或它們的混合物中任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯的雙酶葡萄糖傳感器的制備方法，其特征是步驟(I)中所述離子液體是指1-辛基-3-甲基咪唑溴化物離子液體、[BMIM]PF6或[BMM]BF4中的任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯的雙酶葡萄糖傳感器的制備方法，其特征是步驟(3)中所述葡萄糖氧化酶和辣根過氧化氫酶的質(zhì)量比為1:1-1:3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯的雙酶葡萄糖傳感器的制備方法，其特征是步驟(3)中所述功能化石墨烯和Pt納米粒子的層數(shù)為1、2、3、4或5中的任一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于石墨烯的雙酶葡萄糖傳感器的制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明主要是將離子液體功能化修飾石墨烯改善其分散性，再將其與鉑納米粒子聯(lián)用，以促進電子的傳遞，運用層層自組裝法修飾到玻碳電極上，再利用生物信號增敏放大效應，結(jié)合葡萄糖氧化酶和辣根過氧化氫酶兩種酶，在4℃下干燥24小時，使電極表面形成一層均勻的復合膜，制備雙酶葡萄糖傳感器，用于葡萄糖的快速電化學測定。本發(fā)明制備的納米復合材料生物相容性好，利于生物酶的固定且制備方法成本低，簡單快捷。本發(fā)明制作的生物傳感器靈敏度高，穩(wěn)定性好，線性范圍寬，具有一定的抗干擾能力，可廣泛應用到糖尿病診斷和食品工藝監(jiān)測等方面。
文檔編號G01N27/30GK103033549SQ20121054492
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者邱軍, 王珊珊 申請人:同濟大學