[发明专利]一种负载金属的微藻基生物质碳材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种负载金属的微藻基生物质碳材料及其制备方法与应用，属于生物质碳材料技术领域。本发明所述的制备方法，包括以下步骤，(1)用培养基培养微藻至对数生长期，经离心、脱盐、冷冻干燥，得到微藻粉；(2)将微藻粉溶液和金属离子溶液混合，经离心、冷冻干燥，得到负载金属的藻粉；惰性气氛下，对负载金属的藻粉进行碳化，得到所述负载金属的微藻基生物质碳材料。本发明所述的制备方法通过将金属元素修饰在微藻表面直接碳化合成了NC@Me，不仅保留了丰富的氮成分，还成功实现了金属元素的功能化修饰，构建了电化学传感器用于多巴胺等生物分子的高灵敏检测，实现了3nM的低检出限和0.01‑2000μM的宽检测范围，且具有良好的选择性。

技术领域

本发明属于生物质碳材料技术领域，尤其涉及一种负载金属的微藻基生物质碳材料及其制备方法与应用。

背景技术

电化学生物传感器通常使用纳米材料修饰电极达到高灵敏和高选择性检测，大概可分为碳纳米材料、金属和金属氧化物纳米材料等。其中，碳纳米材料具有极佳的化学和热稳定性被广泛应用多个领域。碳材料在单独或与经其他纳米材料修饰使用时，其快速的电子转移动力学、优异的导电性和极高的生物相容性，在传感方面具有极大的优势。目前使用范围最广的碳材料大多是碳纳米管、石墨烯和生物质碳。自然界的生物质高温碳化可得到的纳米碳材料来源较广、价格低廉、制备简单并且具有良好的生物相容性的生物质碳受到较多关注。生物质碳可从天然丰富的原材料热化学分解中获得，具有优异的物理化学性质、可持续性和低成本，逐渐成为传统合成碳纳米材料的替代品以生产更绿色环保的电化学传感平台。微藻来源广且含有多种多样的结构以及比表面积、孔隙率、表面电荷和元素含量方面的可调性使得微藻基生物质碳从能源材料到环境修复等不同研究领域都具有出色表现，高活性、表面功能化的球形和多孔结构被用作有效的污染物吸着剂。对于微藻基生物质碳，内部微结构和表面特性的不同也有不同的应用，在电化学传感器中，与被广泛研究的石墨烯和碳纳米管相比，微藻基生物质碳因其独特的性质结构在电化学传感领域可实现更好的传感性能。目前，微藻可以作为生物质碳的前驱体实现自掺杂氮元素，直接用于构建检测多巴胺传感器，然而微藻作为生物质碳除了自掺杂氮元素外还有望通过表面修饰金属元素等进行功能化处理方法进一步提升电化学生物传感器的传感性能。

目前，微藻可以作为生物质碳的前驱体实现自掺杂氮元素，直接用于构建检测多巴胺传感器，但对于多巴胺关联疾病的临床诊断和监测，人体组织外液中的多巴胺含量较低，开发具有更低检测限的多巴胺传感器需要进一步研究。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种负载金属的微藻基生物质碳材料及其制备方法与应用。采用了一种简单快速的方法来制备负载金属的微藻基生物质碳材料，用于构建高性能的多巴胺等生物分子的传感器件。负载金属的微藻基生物质碳材料可为多巴胺等生物分子提供较多的活性位点促进了电子传输效率，从而完成对多巴胺等生物分子的高效检测。

本发明的第一个目的是提供一种负载金属的微藻基生物质碳材料的制备方法，包括以下步骤，

(1)用培养基培养微藻至对数生长期，经离心、脱盐、冷冻干燥，得到微藻粉；

(2)将微藻粉溶液和金属离子溶液混合，经离心、冷冻干燥，得到负载金属的藻粉；

(3)惰性气氛下，对步骤(2)所述的负载金属的藻粉进行碳化，得到所述负载金属的微藻基生物质碳材料。

在本发明的一个实施例中，在步骤(1)中，所述培养基为f/2培养基。

在本发明的一个实施例中，在步骤(1)中，所述培养基中微藻的接入量为5％-20％；该接入量是刚好适合生长的比较好的状态，接入量太低微藻状态不好生长缓慢，接入量过高生长过快也会影响藻的状态。

在本发明的一个实施例中，在步骤(1)中，所述微藻为小球藻、金藻8701、IMET-1和小新月中的一种或多种，微藻的含氮量较高。