[发明专利]一种基于石墨烯量子点修饰电极的蛋白质电化学传感器件及其制备与应用

说明书

技术领域

本发明属于电化学生物传感器领域，涉及一种基于石墨烯量子点修饰电极的蛋白质电化学传感器件的构建与应用。

背景技术

石墨烯量子点

当石墨烯的尺寸缩小至100纳米以内时，它具有量子约束电子状态，因此称之为石墨烯量子点(GQDs)。由于石墨烯量子点在水相及有机溶剂中都表现出良好的分散性能、优良的光电学性能、良好的化学稳定性和低毒性等特性，所以受到了研究人员的广泛关注，并有望应用在电化学生物传感器的研究方面。

蛋白质电化学传感器

电化学生物传感器是将生物活性材料与电化学换能器结合起来构建的生物传感器，它具有制作简单、检测范围广、灵敏度高等优点。这种传感器中使用的生物活性材料包括酶和蛋白质、微生物、细胞、组织、核酸、抗体、抗原等，其中蛋白质的使用最为普遍也最具代表性。近年来，电化学蛋白质传感器的研究受到了广泛的关注。常见的氧化还原蛋白质主要有肌红蛋白(Mb)、血红蛋白(Hemoglobin，Hb)、辣根过氧化物酶(HRP)、细胞色素C(CytC)等。而Hb是一种氧化还原蛋白质，主要负责高等生物体内储存和运输氧。蛋白质在生命体内的氧化还原反应都发生在带电荷的生物膜或其附近，因而其电子的传递必然要受到电场的作用或影响，这与电化学研究中工作电极或其附近的情况相似。因此氧化还原蛋白质在电极上的直接电化学研究，可以为研究生命体内的电子交换提供模型，对理解和认识它们真实的电子转移机制具有重要意义。

本发明利用滴涂法在离子液体碳糊电极表面逐层修饰GQDs，Hb和Nafion膜，自然晾干后，成功得到修饰电极Nafion/Hb/GQDs/CILE，实现了Hb的直接电化学，并研究了该电化学传感器对三氯乙酸的电催化还原性能。

发明内容

本发明公开了一种基于石墨烯量子点修饰电极的蛋白质电化学传感器件，通过滴涂法在离子液体碳糊电极(CILE)表面修饰GQDs、Hb和Nafion膜，得到相应的修饰电极(Nafion/Hb/GQDs/CILE)，构建了蛋白质电化学传感器。通过电化学方法对上述所制备的的传感器进行研究，结果显示Hb出现一对可逆性良好的氧化还原峰，说明GQDs的存在使得Hb与电极的直接电子转移得以实现，该传感器对TCA表现出良好的电催化还原性能。

本发明提供一种电极，其特征在于该电极包括基底电极、石墨烯量子点(GQDs)涂层、血红蛋白(Hb)涂层、Nafion涂层，所述基底电极为离子液体修饰碳糊电极(CILE)。

本发明提供一种由内向外依次为CILE基底电极、GQDs涂层、Hb涂层、Nafion涂层的电极，即Nafion/Hb/GQDs/CILE电极。

本发明提供一种蛋白质电化学传感器件，其特征在于以本发明上述电极作为工作电极，优选以Nafion/Hb/GQDs/CILE作为工作电极。

本发明提供一种制备上述电极的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)取适量的石墨粉和正己基吡啶六氟磷酸盐，混合研磨均匀得到碳糊，在玻璃电极管中塞入碳糊后压实，内插铜线作为导线，即得离子液体碳糊电极(CILE)，使用前在打磨纸上打磨至镜面；

(2)取一定量的石墨烯量子点(GQDs)加入适量水中，超声分散得到均一的悬浮液，将该悬浮液，滴涂在步骤(1)得到的离子液体碳糊电极(CILE)表面，自然晾干，即得GQDs/CILE电极；

(3)将一定浓度的血红蛋白(Hb)溶液滴涂在步骤(2)得到的GQDs/CILE电极表面，自然晾干，即得到Hb/GQDs/CILE电极；

(4)将一定浓度的Nafion溶液，滴涂在步骤(3)制备的Hb/GQDs/CILE电极表面，自然晾干，即得到Nafion/Hb/GQDs/CILE电极。

上述制备方法中，步骤(1)中石墨粉与正己基吡啶六氟磷酸盐的质量比为2:1，所用的玻璃电极管的内径为3～4mm；步骤(2)中石墨烯量子点(GQDs)与水的用量为每毫升水中加入0.2-2.0mg石墨烯量子点(GQDs)，优选每毫升水中加入1.0mg石墨烯量子点(GQDs)；步骤(3)中所述血红蛋白(Hb)溶液的浓度为10-30mg/mL(即每毫升水中含Hb 10-30mg)；步骤(4)中所述Nafion溶液为杜邦D520型溶液或者用乙醇稀释5-10倍体积的杜邦D520型溶液。

本发明制备方法中使用的水，优选为蒸馏水，进一步优选为二次蒸馏水。