[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

摘要

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。

主权项

1.一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，其特征在于，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；(2)将聚甲基丙烯酸甲酯加入乳酸乙酯中，在温度为80℃～120℃的条件下加热搅拌1h～2h得到混合溶液，按每平方厘米100μL～200μL的使用量，利用加样枪将混合溶液滴加到步骤(1)得到的被石墨烯包裹的泡沫镍表面上，在室温下自然干燥，然后在温度为150℃～200℃的条件下保温0.5h～1h得到表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯；步骤(2)中所述的混合溶液中甲基丙烯酸甲酯的质量分数为4％～5％；(3)将步骤(2)得到的表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯切割成表面积为0.5cm²～2cm²的立方体，并完全浸泡于温度为80℃～90℃、浓度为3mol/L～4mol/L的盐酸溶液中4h～6h得到去除镍的三维泡沫石墨烯；(4)将步骤(3)得到的去除镍的三维泡沫石墨烯浸泡于温度为60℃～70℃的丙酮中0.5h～1.5h，得到去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯，用蒸馏水将去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯清洗干净，然后将清洗干净的去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯转移到干净的ITO玻璃上冷冻干燥得到泡沫石墨烯；(5)将步骤(4)得到的放置到ITO玻璃上的干净的泡沫石墨烯按照每平方厘米50μL～100μL的使用量利用加样枪滴加氧化锌种子层溶液，置于150℃～200℃温度下保温15min～30min，得到预制有氧化锌种子层的泡沫石墨烯/ITO玻璃；步骤(5)中的氧化锌种子层溶液是这样制备的：将醋酸锌溶于甲醇中，然后以450r/min～550r/min的转速磁力搅拌3min～5min，得到氧化锌种子层溶液；其中醋酸锌溶液的浓度为0.01mol/L～0.5mol/L；(6)将硝酸锌、六亚甲基四胺、氨水和聚乙烯亚胺溶于去离子水中，以450r/min～550r/min的转速磁力搅拌3min～5min，得到水热溶液；步骤(6)中所述的硝酸锌的浓度为0.05mol/L～0.1mol/L；六亚甲基四胺的浓度为0.05mol/L～0.1mol/L；氨水的浓度为0.05mol/L～0.1mol/L；聚乙烯亚胺的浓度为0.001mol/L～0.002mol/L；(7)将步骤(6)中得到的水热溶液倒入反应釜中，然后将步骤(5)中得到的预制有氧化锌种子层的泡沫石墨烯/ITO玻璃侧立放置于反应釜的水热溶液中，同时放入一片铝片，盖上反应釜盖子，在温度为90℃～120℃保温6h～13h，然后取出冷却至室温，打开反应釜用蒸馏水将复合材料清洗干净，并于400℃～450℃保温1h～1.5h，随炉冷却至室温，即得到氧化锌纳米片阵列/三维泡沫石墨烯生物传感器工作电极。