[发明专利]基于导电聚合物一维纳米阵列的生物传感器用酶电极及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种基于导电聚合物一维纳米阵列的电化学生物传感器用的酶电极，涉及电化学分析技术领域，具体涉及一种采用模板法合成的导电聚合物一维纳米阵列并包埋生物酶制成基于导电聚合物一维纳米阵列的电化学生物传感器用酶电极的制备技术及检测方式。

二、背景技术

采用生物活性酶（如硝酸还原酶、嘌呤核苷磷酸化酶、黄嘌呤氧化酶、葡萄糖氧化酶等）作为敏感元件，制得的酶电极生物传感器相比较普通电化学传感器具有高度选择性，抗干扰能力强，已在临床诊断、环境检测、食品和药物检测及生物技术等方面得到广泛的应用。

制作酶生物传感器最为关键的部分就是生物酶在电极上的固定，目前常用的酶的固定方式有四种：共价键合固定法、胶囊固定法、物理吸附法和电化学聚合包埋法。其中电化学聚合包埋法可将酶及其他辅酶、介体包埋于高分子膜（聚吡咯、聚苯胺等）内固定在电极表面，具有快捷、可控、便于实现自动化操作的特点，尤其适合于生物传感器的微型化构造，是近年来快速发展的聚合物包埋技术。S.B.Adeloju的研究小组利用聚吡咯包埋法制备各种酶电极电位法生物传感器，用于检测溶液中磷酸盐、硝酸盐、葡萄糖、硫酸盐、尿酸等成分。

这种基于聚合物膜的生物传感器为了增大酶的有效负载量，势必增大膜的厚度或者增大单位体积内酶的浓度，这二者都会对膜的导电性产生不利影响，而利用纳米材料巨大的比表面积则可有效解决这一问题。纳米材料由于比表面积大、表面反应活性高、表面原子配位不全等导致表面活性位点增加，催化效率提高、吸附能力增强，为生物传感器性能的提升提供了新的研究途径。专利号为ZL03257848.2的发明专利《生物传感器用的生物酶电极》采用纳米颗粒改善基质包埋层，能一定程度提高基质的导电性能，进而提高酶电极的检测灵敏度。但其仍然局限在薄膜传感器范畴之类，未能实际有效提高酶固载量和表面积。

三、发明内容

本发明旨在提供一种基于导电聚合物一维纳米阵列的生物传感器用酶电极及其制备方法，所要解决的技术问题是增加聚合物膜电极的接触面积、提高生物酶的固载量，从而提高酶电极的检测灵敏度并拓宽酶电极的检测范围。

本发明解决该技术问题采用如下技术方案：

本发明基于导电聚合物一维纳米阵列的生物传感器用酶电极，由上至下依次由包埋生物

酶的导电聚合物一维纳米阵列1、导电层2、导电胶3和支撑电极4构成。

所述生物酶选自葡萄糖氧化酶、硝酸还原酶、磷酸化酶、亚硫酸氧化酶、胆固醇氧化酶或辣根过氧化酶；

所述导电聚合物选自聚吡咯（PPy）、聚苯胺（PAn）或聚噻吩（PT）。

所述导电层选自金、银或铂；导电层可通过真空蒸镀或电化学沉积的方法制备得到；

所述导电胶选自导电银浆或导电金浆；

所述支撑电极选自金电极、铂电极、玻碳电极或碳纸电极。

本发明基于导电聚合物一维纳米阵列的生物传感器用酶电极的制备方法，包括多孔氧化铝模板（AAO）的制备和包埋生物酶的导电聚合物一维纳米阵列的制备各单元过程，其特征在于：

所述多孔氧化铝模板的制备是以草酸溶液为电解液，以高纯铝箔为阳极，以石墨电极为阴极，采用二次阳极氧化法（50V，6h）制备得到多孔氧化铝模板（X.Y.Zhang,D.Li,L.Bourgeois,et al.Direct electrodeposition of Porous Gold Nanowire Arrays for Biosensing Applications,ChemPhysChem,2009,10(2):436-441.）；

所述包埋生物酶的导电聚合物一维纳米阵列的制备是在多孔氧化铝模板的背面沉积导电层2，然后通过导电胶3将导电层2和支撑电极4粘接固定后作为工作电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，Pt/Ti电极作为对电极，电解液为导电聚合物单体、生物酶和支撑电解质的混合溶液，混合溶液中导电聚合物单体的质量浓度为0.01-0.5mol/L，生物酶的浓度为1-1000U/mL，支撑电解质的浓度为0.05-0.5mol/L，采用恒电流法在多孔氧化铝模板内生长包埋生物酶的导电聚合物一维纳米阵列，电流密度为0.05-0.5mA/cm²，聚合反应时间为100-1000s，随后置于0.3-0.8mmol/L的NaOH溶液或磷酸溶液中浸泡10-20min去除多孔氧化铝模板，得到基于导电聚合物一维纳米阵列的生物传感器用酶电极；

所述导电聚合物单体选自吡咯单体、苯胺单体或噻吩单体；