[发明专利]用于葡萄糖电化学传感的纳米结构铌酸锂电极及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于葡萄糖电化学传感的纳米结构铌酸锂电极，及其制备方法。

背景技术

铌酸锂（LiNbO₃）是一种典型的碱金属铌酸盐，是目前已知居里温度最高和自发极化最大的铁电体。铌酸锂集压电、铁电、声光、电光、光弹、非线性、光折变及激光活性等物理效应于一身，是一种不可多得的多功能光电材料。同时铌酸锂的化学稳定性好，生物相容性高，在细胞成像、生物传感等生物医学领域有很大的应用前景。

糖尿病是一种全球性疾病，关于血糖浓度的检测，目前实现商业化应用的多是利用电化学传感器来进行血糖浓度测定。电化学传感器相比于光磁等其他方法具有简易便捷的优势。研究一种新型纳米材料作为葡萄糖氧化酶固定的载体，实现有酶葡萄糖的直接电子传递，并且降低其他电活性物质干扰，对葡萄糖传感器的发展以及现实应用有着重要的意义。

    目前还未有铌酸锂在电化学葡萄糖传感器上应用的相关报道。

发明内容

本发明目的是提供一种通过水热、熔融盐、生物复型等方法制备的铌酸锂微纳材料，并将其应用于葡萄糖电化学测试。

    本发明采用的技术方案是：

    一种用于葡萄糖电化学传感的纳米结构铌酸锂电极，由如下方法制备得到：将铌酸锂粉末均匀分散于葡萄糖氧化酶溶液（PBS配制，葡萄糖氧化酶浓度5~20mg/mL）中，得到混合分散液（其中铌酸锂浓度0.05~0.2mg/μL），将混合分散液涂覆到金电极表面，在空气中自然干燥，再在电极表面涂覆上壳聚糖溶液（壳聚糖质量浓度0.1%~2.0%），在4℃下冷藏12~24h后，得到所述纳米结构铌酸锂电极。

    本发明还涉及制备所述纳米结构铌酸锂电极的方法，所述方法包括：

（1）     配制pH = 7.0的磷酸盐缓冲溶液，将适量葡萄糖氧化酶加入所得缓冲液中，得到葡萄糖氧化酶浓度5~20mg/mL的葡萄糖氧化酶溶液；

（2）     取适量铌酸锂粉末分散于步骤（1）所得葡萄糖氧化酶溶液中，静置15~30min，得到铌酸锂浓度0.05~0.2mg/μL的混合分散液；

（3）     取壳聚糖均匀分散于水中，然后加入冰醋酸，壳聚糖质量用量为水质量的0.1%~2.0%，冰醋酸体积用量为水体积的0.5~2.0%，搅拌0.5~2h，得到壳聚糖溶液；

（4）     将步骤（2）所得混合分散液均匀涂抹在金电极上，在空气中自然干燥后，再在电极表面涂覆上步骤（3）所得壳聚糖溶液，在4℃下冷藏12~24h后，即得所述纳米结构铌酸锂电极。

本发明采用三电极体系进行葡萄糖的电化学传感测试，将制备所得电极作为工作电极，铂电极作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极。

铌酸锂用于葡萄糖电化学传感的原理是：葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下分解产生H₂O₂，而铌酸锂可以催化分解H₂O₂，进行电子传递，从而实现葡萄糖的探测。铌酸锂催化H₂O₂的机理主要是由于铌酸锂为非中心对称结构，其包含的铌氧八面体发生畸变，从而使得铌离子的4d轨道发生分裂，产生e_g和t_2g轨道，其中e_g轨道能和表面吸附氧中间体产生σ键合，通过O₂^2-/HO₂^-的相互替代作用，将H₂O₂氧化为O₂。

壳聚糖是生物有机高分子化合物，具有良好的成膜性、吸附使用、无毒及生物相容性好等优点，可应用于生物传感器的构建。在铌酸锂、酶表面另外覆盖一层壳聚糖溶液，是为了起保护作用，防止酶脱落，起到酶和铌酸锂固定化作用。当选择壳聚糖溶液浓度为0.5wt%时，固定效果为最佳。

在进行循环伏安测试时，在滴加葡萄糖溶液前后，电流在0.6~1.0V之间有明显变化，为了减小其他电活性物质对葡萄糖检测的影响，尽量选取小电流进行葡萄糖灵敏度测试，因此选取0.6V作为后续恒电压电流-时间测试的输入电压。同时选取尿酸、抗坏血酸作为该葡萄糖传感器抗干扰性能的对比实验。

本发明的有益效果主要体现在：