[发明专利]一种氧化锌纳米片阵列/三维泡沫石墨烯生物传感器工作电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氧化锌纳米片阵列/三维泡沫石墨烯生物传感器工作电极及其制备方法和应用。本发明通过化学气相沉积法合成出高电导、无缺陷的三维泡沫石墨烯，同时结合水热法在泡沫石墨烯表面生长高比表面积的氧化锌纳米片阵列，合成了新型氧化锌纳米片阵列/三维泡沫石墨烯生物传感器工作电极；采用该工作电极制备的生物传感器能发挥高电导石墨烯和高比表面积氧化锌纳米片阵列的协同作用，提高氧化锌纳米片阵列和石墨烯的结合，生长在石墨烯表面的氧化锌纳米片阵列可提供无数的活性点，直接将反应产生的电子传递到石墨烯上，实现电子的快速转移，使电化学检测多巴胺的灵敏度达到0.95μA/μmol/L，解决了现有生物传感器检测多巴胺时灵敏度低和检测限高的问题。

技术领域

本发明涉及一种生物传感器工作电极及其制备方法和应用，特别涉及一种氧化锌纳米片阵列/三维泡沫石墨烯生物传感器工作电极及其制备方法和在检测多巴胺中的应用。本发明属于电化学检测技术领域。

背景技术

多巴胺(Dopamine，DA)的化学名称为3，4-二羟基-β-苯乙胺，是一种分布在下丘脑和脑垂体腺中传递生物脉冲的关键神经递质。多巴胺在人体中的含量较低，多巴胺浓度一旦出现异常，可能会导致神经病学疾病，比如阿兹海默症，帕金森症等。因此，准确测定人体中多巴胺的浓度具有非常重要的意义。目前，对于多巴胺的检测仍然存在很多问题，比如灵敏度偏低，检测限过高。

氧化锌是重要的半导体材料，带隙为3.37eV，室温下激子束缚能为60meV，具备超强的电子迁移能力，广泛应用于传感器、催化、太阳能电池和光电子等各领域。由于氧化锌具有良好的生物相容性和优异的电化学性能，在电化学生物传感器领域具有重大的应用价值。纳米氧化锌的种类繁多，其中，氧化锌纳米片阵列因具有较少的缺陷和较大的活性比表面积而备受关注。目前，氧化锌纳米片阵列的制备方法主要有水热法、电化学沉积、气相法和回流法。水热法具有操作简单、成本低廉以及反应条件温和等优势，可用于大规模制备氧化锌纳米片阵列。

石墨烯是单层碳原子以sp²杂化形成的六角蜂窝状二维材料，它具备良好的机械性能、导电和导热性能以及较强的化学稳定性，应用前景非常广阔。目前制备石墨烯的主要方法有机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。其中，利用化学气相沉积法制得的石墨烯具有较少的缺陷和较高的导电性。以泡沫镍为模板化学气相沉积制得的具有三维网状结构的泡沫石墨烯，具备较大的孔隙率和活性比表面积，为石墨烯材料和金属氧化物纳米材料的结合提供了良好的平台，而且石墨烯与金属氧化物之间的良好协同作用使得其复合材料展现出更为优异的电化学性能。

发明内容

针对目前对于多巴胺的检测灵敏度较低和检测限较高的技术问题，本发明通过化学气相沉积法制备泡沫石墨烯，然后通过水热反应在三维泡沫石墨烯表面垂直生长氧化锌纳米片阵列，从而制备了一种新型的氧化锌纳米片阵列/三维泡沫石墨烯生物传感器工作电极。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术手段：

本发明一种氧化锌纳米片阵列/三维泡沫石墨烯生物传感器工作电极的制备方法，按照以下步骤进行：

(1)将泡沫镍置于石英管式炉中央，在氩气和氢气的保护下从室温以20℃/min～40℃/min的升温速率加热至温度为1000℃～1100℃，并在温度为1000℃～1100℃的条件下保温30min～60min，在温度为1000℃～1100℃的条件下向管式炉中以5sccm～10sccm的速率通入甲烷气体5min～20min，然后将石英管式炉以80℃/min～100℃/min的冷却速率从温度为1000℃～1100℃冷却至室温，得到被石墨烯包覆的泡沫镍；步骤(1)中所述的泡沫镍密度为420g/m²～440g/m²，厚度为1.6mm～2.0mm；步骤(1)中所述的氩气的流速为480sccm～500sccm，氢气的流速为180sccm～200sccm；