[发明专利]一种构建基于四针状纳米氧化锌乳酸生物酶电极的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料器件构建技术领域，特别是提供了一种构建基于四针状纳米氧化锌乳酸生物酶电极的方法，实现了一定浓度（尤其是低浓度）范围内乳酸的测定。

背景技术

乳酸含量作为人体健康重要指标之一，，早已引起广泛关注，并做了大量研究。它是肌肉连续活动的代谢产物，过多积累意味着疲劳。在初期造成酸痛和倦怠，若长期置之不理，造成体质酸化，可能引起严重的疾病。乳酸的测定有利于基础代谢研究和运动生理研究，在临床诊断、食品加工与贮藏、科学健身等方面都有应用。同时纳米材料科学的发展，为构建生物传感器提供了新的方法和物质基础。Yang等（Yang M L, Wang J, Li H Q, Zheng J G, Wu N Q N. Nanotechnology. 2008, 19: 75502）用三钛酸（H₂Ti₃O₇）纳米管构建了乳酸生物传感器，灵敏度0.24 μA cm^-2 mM^-1；Huang等（Huang J D, Li J, Yang Y, Wang X S, Wu B Y, Anzai J, Osa T, Chen Q. Materials Science and Engineering C. 2008, 28: 1070–1075）用多层碳纳米管和铂纳米颗粒复合材料构建了乳酸生物传感器，线性范围0.2~2.0 mM。到目前为止尚未看到基于氧化锌 (ZnO) 纳米四针乳酸生物传感器的报道。

ZnO纳米材料过去时期里引起很多人的兴趣并在光电、力电、光催化、气敏传感器、晶体管、能源和场发射器件等领域作了大量研究。通过热蒸发法、水热法和模板法等方法制备出各种ZnO纳米结构，包括纳米线、纳米棒、纳米颗粒、纳米带以及纳米四针等一维或准一维纳米材料。

ZnO纳米材料具有独特的优势如化学稳定性，高比表面积，电化学活性，高等电位点和生物相容性好等特点，适合大量吸附具有低等电点蛋白质或酶，并且为固定的酶提供一个良好的微环境，能够很好地保持酶的活性和稳定性。特别是四针状纳米氧化锌（T-ZnO）良好的电输运性和多电子传输通道能提供酶活性中心和电极表面的直接电子传输通道。鉴于T-ZnO在生物传感器领域有着得天独厚的应用优势，已有研究者开展了一些应用研究。然而，ZnO纳米材料在生物探测领域的研究大多集中在葡萄糖探测方面，如Lei等（Lei Y, Yan X Q, Luo N, Song Y, Zhang Y. Colloids and Surfaces A. 2010, 361: 169–173）用T-ZnO网络状结构构建葡萄糖生物传感器，灵敏度高，响应快。但迄今为止，ZnO纳米材料在乳酸探测方面鲜有报道，T-ZnO纳米材料则尚未有报道。

发明内容

本发明目的是为了解决目前在乳酸探测领域灵敏度不高，探测下限不够低这一问题，通过改进酶电极制备工艺，构建了酶电极，并大幅提高灵敏度，降低了探测下限。此外，简化构建工艺也是我们的重要的目的。

本发明的具体工艺通过如下五个步骤实现：

1、将标准金电极抛光，用酒精和去离子水超声清洗干净；

2、滴加Nafion溶液在清洗好的金电极表面上，对电极表面进行修饰来增强电极稳定性；

3、先将薄且平整的软模具固定在金电极上，将四针状氧化锌（T-ZnO）纳米材料在酒精溶液中分散形成悬浊液，滴加悬浊液到电极表面，待酒精挥发后再次滴加。固定在金电极表面的模具能够限制T-ZnO悬浊液的流动，使T-ZnO更好地沉积在金电极表面，并且只在金电极表面沉积。滴加完成后，T-ZnO在电极表面形成一层薄膜。

4、滴加磷酸缓冲溶液（PBS）浸润T-ZnO层，用以改善电极表面微环境。溶液挥发后滴加乳酸氧化酶溶液到T-ZnO层，通过静电作用吸附到T-ZnO表面。

5、最后滴加Nafion溶液到电极表面。成膜后放置在冰箱低温保存以待使用。