[发明专利]温度、pH值双重刺激响应柔性漆酶电极及构筑方法

说明书

本发明涉及一种温度、pH值双重刺激响应柔性漆酶电极及构筑方法，在柔性泡沫镍导电基底上利用电致自由基共聚合制备双重刺激响应酶电极的方法，采用共价键固定酶的方法能够较好地满足其电极稳定性；选择一种温度刺激响应单体和两种pH刺激响应单体，在酶电极表面通过电致自由基共聚，制备的刺激响应酶电极具有良好的“开/关”性能，该电极在20mM葡萄糖溶液中催化峰电流为0.000771A，催化性能良好。在10次“开/关”循环中，催化峰电流仅下降6.49％，稳定性良好。本发明的电极能满足作为酶生物燃料电池中的阴极使用要求。

技术领域

本发明属于柔性刺激响应酶电极的制备技术领域，涉及一种温度、pH值双重刺激响应柔性漆酶电极及构筑方法，涉及一种电致自由基共聚合制备温度、pH值双重刺激响应聚合物膜修饰酶电极的方法。

背景技术

酶生物电极是以生物活性酶代替贵金属催化剂构筑的电极。该电极可在生理体液环境下催化底物进行氧化-还原反应，并将其得失电子转换成电信号输出。以该电极构筑的电池即为酶生物燃料电池(EBFC)，这类电池是目前最具潜力的可用于植入体内小型医疗器械的绿色、可再生微型燃料电池。从理论上讲，以葡萄糖与氧气组成的酶生物燃料电池可以为心脏起搏器、神经刺激器、植入体内的生物传感器、医疗诊断装置等提供持续不断的电能，所以成为这一领域研究者关注的焦点。

作为植入体内的医疗器械，如果能对活体生理体液物理、化学变化做出刺激响应，则可以使其装配的医疗装置具有自动依靠外界刺激可“开/关”的功能电极工作物理、化学环境的改变(如温度、pH值等)作为刺激信号输入，具有响应性的电极在输入信号的刺激下表现出“开/关”行为，从而控制传感系统“智能”感知、给药系统给药等，达到对病情的诊断、治疗等。而具有对外界多重刺激(如温度与pH值)同时响应的酶电极可以对复杂的刺激信号进行逻辑响应，所以更适合在复杂生理环境状态下使用，是构建具有可“开/关”功能酶生物燃料电池、生物传感器及具有超级运算能力的生物计算机，实现医疗器械智能化的关键，并已逐渐成为功能纳米材料、生物电分析化学、电子器件等众多领域的研究热点。

但是，目前研究的可“开/关”功能酶生物燃料电池还仅仅是一种概念性电池。一方面，是因为目前的酶电极本身载酶量低、电子传递效率低、酶易脱落，以此构建的酶燃料电池不可避免地存在开路电压低、功率密度低、稳定性差等应用瓶颈问题。另一方面，响应性酶电极的电化学响应性一般依靠电极表面具有刺激响应性聚合物实现，电性能越差，电子转移到电极的效率也因此降低；除此之外，刺激响应聚合物刷在电极上的修饰方法多为滴涂，由此制备的响应层与电极的相互作用较小，在使用过程中易脱落，导致电极的“开/关”功能性衰减严重、“开/关”效果较差。要解决这些问题，就要选择一种比表面积大、可载酶量大、生物相容性好的柔性电极基底。同时，要选择合适的聚合方法。电聚合是指用电化学方法在电极上进行的聚合反应，目前通常被用于修饰电极表面。相较于传统的聚合方法，电聚合为反应提供了新的可控制因素(电流或电位)，具有操作简单、重现性好等特点。而在水相体系中进行的电聚合能够在有效保护酶分子活性的同时在电极表面修饰刺激响应聚合物，从而制备出电化学性能良好的刺激响应酶电极。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种温度、pH值双重刺激响应柔性漆酶电极及构筑方法，在柔性泡沫镍导电基底上电沉积金纳米粒子，以共价键结合的方式固定漆酶，利用电致自由基共聚合温度、pH响应性单体，获得温度、pH双重刺激响应聚合物薄膜修饰的柔性酶电极，为构建可“开/关”酶电池奠定基础。

技术方案

一种温度、pH值双重刺激响应柔性漆酶电极，其特征在于：泡沫镍电极表面设有沉积纳米金颗粒和共价固定的漆酶，通过电致自由基共聚的方法修饰在电极上的温度与pH敏感的单体。

一种所述温度、pH值双重刺激响应柔性漆酶电极的构筑方法，其特征在于步骤如下：