[发明专利]一种复合薄膜酶电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物传感器技术领域，特别涉及一种复合薄膜酶电极及其制备方法。

背景技术

近年来电流型酶生物传感器引起了广泛关注，取得了大量的研究成果并且部分已实现了商品化，其在基础理论研究和应用研究方面都是一项十分重要的研究课题，其中，存在的最主要问题是酶分子的有效固定和酶与电极之间的直接电子转移。当今酶分子的固定通常采用物理或者化学方法。物理吸附主要是基于酶分子和换能器之间的相互作用比如范德华力和静电作用。而基于有机物模板的静电层层自组装技术(LbL)通过相对简单的制备过程实现了对膜层厚度、结构和组成的控制和调节，被广泛地用于制备功能性生物复合薄膜。当基底不带电荷时，这种方法通常需要将基底浸入带有电荷的聚电解质的溶液中，对表面进行预处理，从而可以通过静电力吸附进行组装。但是这种方法存在一个大的问题需要解决：聚电解质和基底之间的作用力比较弱并且稳定性比较差。在长时间的制备过程中经常是不可控的。因此，为了提高预处理薄膜的稳定性，界面之间的共价键结合是十分必要的。

电接枝则是一种在固体基底上制备强吸附作用力聚合物薄膜的简单方法。通过单体与导电性基底之间的电子转移从而共价连接在基底表面，因此电接枝可以为基底的下一步修饰提高稳定性。单体通常包括可以可裂解的电活性分子，比如乙烯基单体，丙烯酸基单体和重氮盐等。

纳米材料的研究极大地推动了生物医学，生物传感器和生物催化的发展。具有生物相容性的纳米材料可以为酶分子提供温和的微环境来保持其活性并且实现直接电化学行为。尤其贵金属的纳米粒子，由于其具有极大的比表面积，良好的导电性和高的催化活性，已经广泛应用于生物传感器领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合薄膜酶电极及其制备方法。

一种复合薄膜酶电极，其特征在于，由基底电极、电接枝薄膜聚N-巯乙基丙烯酰胺、带有负电荷的纳米金颗粒和带有正电荷的酶分子组成。

所述酶分子为辣根过氧化物酶或细胞色素C。

一种复合薄膜酶电极的制备方法，其特征在于，采用电接枝方法制备得到聚N-巯乙基丙烯酰胺，然后共价连接带有负电荷的纳米金颗粒，最后固定带有正电的酶分子，该方法步骤如下，

(1)制备带有负电荷的纳米金颗粒的溶液：将浓度为0.15～0.35mmol/L的柠檬酸钠与浓度为0.15～0.35mmol/L的氯金酸溶液按照体积比(2∶3)～(3∶2)混合，搅拌均匀，然后加入浓度为0.05～0.2mmol/L硼氢化钠水溶液，加入的硼氢化钠水溶液的体积与柠檬酸钠体积比为0.15～0.6，搅拌5～10分钟之后溶液变成酒红色，静置2～5小时，得到带有负电荷的纳米金颗粒的溶液；

(2)采用电接枝方法在基底电极上制备聚N-巯乙基丙烯酰胺薄膜：清洗基底电极，配制含有N-丙烯酰氧琥珀酰亚胺和四丁基胺四氟硼酸盐的二甲基甲酰胺溶液，通N₂除氧15～30分钟，将干净的基底电极置于含有N-丙烯酰氧琥珀酰亚胺和四丁基胺四氟硼酸盐的二甲基甲酰胺溶液中，在电势范围0和-2.7V之间扫描2～6圈，然后将电接枝聚N-丙烯酰氧琥珀酰亚胺之后的电极浸泡在1～20mmol/L巯基乙胺溶液中，浸泡时间为10～25小时，通过氨基取代酯基使其变为聚N-巯乙基丙烯酰胺，从而在基底电极上制备了聚N-巯乙基丙烯酰胺薄膜；

(3)复合薄膜酶电极的制备：将在基底电极上制备了聚N-巯乙基丙烯酰胺薄膜的电极置于带有负电荷的纳米金颗粒的溶液中，浸泡2～12小时，金纳米颗粒通过与巯基作用共价连接在电极表面，然后，将电极置于带有正电荷的酶分子溶液中，所述酶分子为辣根过氧化物酶或细胞色素C，浸泡5～12小时，酶分子静电吸附在金颗粒表面，从而制备成复合薄膜酶电极。

所述基底电极为铟锡氧化物电极、玻碳电极或热解石墨电极。

所述清洗基底电极中，玻碳电极或热解石墨电极清洗步骤为将基底玻碳电极或热解石墨电极依次用直径为1.0μm、0.3μm的Al₂O₃浆在麂皮上抛光至镜面，每次抛光后先用去离子水洗去表面污物，再移入超声器中依次用乙醇和去离子水各超声清洗1～3min，用N₂将基底电极吹干；铟锡氧化物电极清洗步骤为依次用乙醇和去离子水各超声清洗5～10min，用N₂将铟锡氧化物电极吹干。

所述含有N-丙烯酰氧琥珀酰亚胺和四丁基胺四氟硼酸盐的二甲基甲酰胺溶液中，二甲基甲酰胺溶液中四丁基胺四氟硼酸盐浓度为0.4～1mol/L，N-丙烯酰氧琥珀酰亚胺浓度为0.05～1mol/L。