[发明专利]一种MOF模板无酶超氧阴离子电化学传感器及其修饰的玻碳电极的制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种无酶超氧阴离子电化学传感器材料，尤其涉及一种MOF（金属有机骨架材料）模板无酶超氧阴离子电化学传感器的制备方法；本发明同时还涉及该电化学传感器修饰的玻碳电极的制备方法，用于对活细胞中超氧阴离子（O₂•⁻）的电化学检测，属于电化学检测领域和生理学及病理学研究领域。

背景技术

活性氧(ROS)是重要的细胞内信号分子，主要用于调节DNA损伤、蛋白质合成、细胞凋亡等等。其中，超氧阴离子(O₂•⁻)作为最重要且最活跃的ROS之一，参与了许多生理和病理过程，会对生物器官造成损伤。近年来，O₂•⁻浓度与人类健康之间的关系引起了极大关注。从体内应用学的角度，要求O₂•⁻的动态检测线性范围宽，不仅在毫摩尔、微摩尔的摩尔浓度，甚至需要延伸至纳摩尔级别的摩尔浓度。与此同时，由于O₂•⁻极不稳定，很容易衰变为其它活性氧单元。因此，建立高效、可靠的定性定量检测方法仍是一个难点。

电化学方法由于其简单易用、低成本、可靠性高、灵敏度高、选择性好、检出限低而受到广泛关注。研究较为广泛的是将铜-锌超氧化物歧化酶(Cu-Zn SOD）固定在电极表面构建酶传感器。然而，由于酶的活性中心被表面蛋白质覆盖，造成电子传递困难。此外，酶的价格昂贵，容易失活，对环境要求较高，酶电极的制备较为繁琐且不易储存，这些不足都大大限制了酶传感器的发展。因此，研制具有低检测限的无酶超氧阴离子传感器就显得尤为重要。

随着纳米技术的发展，纳米材料尤其是贵金属及金属氧化物，在改善传感器性能方面起着至关重要的作用。贵金属及金属氧化物由于其可以降低O₂•⁻在裸电极上的过电位，故在电化学传感器中可以很好地代替酶来催化O₂•⁻，因而被广泛用于O₂•⁻传感器的构建。Co₃O₄对于活性氧的氧化具有很好的电催化活性，从而被广泛关注及应用。然而，O₂•⁻传感器的催化性能与Co₃O₄纳米粒子的大小、形状、结晶度及分布情况有着密切的关系。因此，选择一种合适的Co₃O₄合成方法非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于MOF模板的无酶超氧阴离子电化学传感器的制备方法；

本发明的另一目的是一种基于上述电化学传感器修饰的的玻碳电极的制备方法，主要用于对活细胞中的O₂•⁻进行检测。

一、MOF模板无酶超氧阴离子电化学传感器的制备

本发明以金属节点为钴纳米粒子的金属有机框架材料与碳纳米管（MWCNTs）为前躯体，对其进行碳化及进一步的氧化，制得一种小颗粒四氧化三钴纳米粒子Co₃O₄@C-MWCNTs复合材料。其具体制备工艺如下：

（1）MOF-MWCNTs复合材料的制备：将六水合硝酸钴、苯并咪唑以及多壁碳纳米管超声分散于二甲基甲酰胺中，以3~5℃/min的速率加热加热至100~130℃并保持24~36h，之后以0.2~0.4℃/min降至室温，得到的灰紫色晶体，离心，洗涤，真空干燥，得MOF-MWCNTs复合材料；六水合硝酸钴与苯并咪唑的质量比为1:0.8~1:1；碳纳米管的用量为六水合硝酸钴及苯并咪唑总质量的5~50%。

（2）Co₃O₄@C-MWCNTs复合材料的合成：将上述制备的MOF-MWCNTs复合材料置于管式炉中，氩气保护下以1~3℃/min的速率加热至500~700℃并恒温1.5~2h，随后降至室温，得到黑色粉末；黑色粉末继续在管式炉中以1~2℃/min的速率加热至200~250℃并恒温60~90min，随后降至室温，得到Co₃O₄@C-MWCNTs复合材料。

二、修饰电极的制备及电化学性能

1、修饰电极的制备