[发明专利]用于电化学生物传感的三维石墨烯电极的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电化学生物传感的三维海绵状石墨烯电极的制备方法及其在电化学生物传感领域的应用。 

背景技术

电化学生物传感器在当今高灵敏生物分子检测、临床医学和遗传工程研究领域起着至关重要的作用。其中，电化学电极的电导率、比表面积和及其与生物分子的相容性是影响电化学生物传感器检测灵敏度和检测极限的关键，其性能对扩展电化学生物传感器的应用领域和保证其稳定运行至关重要。然而，传统的玻碳电极存在导电性差、表面难以功能化修饰和比表面积低等缺点，使得电化学生物传感器对生物分子的检测灵敏度低、特异选择性差。石墨烯是作为2010年诺贝尔物理奖研究成果出现的一种新型碳纳米材料，它是由单层碳原子构成的二维蜂窝状晶体结构，具有超高的电子迁移率、大的比表面积和优异的物理、化学、光学和机械性能，在场效应晶体管、纳米电子生物传感、透明导电薄膜、复合材料等领域有着非常广阔的应用前景，其中石墨烯修饰玻碳电极在生物传感领域已经得到广泛的研究，如发明专利CN 201110112989公布的结果表明石墨烯修饰的玻碳电极可以同时检测芦丁和槲皮素；发明专利CN 200910084344.4公布的结果证明石墨烯/Nafion薄膜修饰的玻碳电极可以实现多巴胺的灵敏检测，但这些基于氧化石墨烯的改性方法容易使石墨烯团聚，难以有效发挥石墨烯大的比表面积和高电导率的特性。

三维结构海绵状石墨烯具有结构稳定、导电性好、比表面积大、容易实现表面功能化修饰等特点，是制备高灵敏电化学生物传感器的理想电极材料。然而，目前尚未发现利用三维结构海绵状石墨烯直接制备电化学电极并功能化后研究其在电化学生物传感领域应用的报道。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种用于电化学生物传感的三维海绵状石墨烯电极的制备方法及其在电化学生物传感领域的应用。

技术方案：本发明所提供的一种制备三维海绵状石墨烯电化学电极的方法及其在电化学生物传感领域的应用，制备方法包括以下制备步骤：

1）将化学气相沉积合成的三维结构海绵状石墨烯片用有机硅胶固定在玻璃片或石英片表面；

2）用导电银胶胶水将三维海绵状石墨烯与金属导线连接；

3）将有机硅胶涂至金属导线与石墨烯的连接点进行绝缘，固化后形成非功能化三维海绵状石墨烯电极；

4）将CoCl₂·6H₂O、尿素、H₂O加入反应釜中，搅拌均匀后，放入载有三维海绵状石墨烯片的玻璃片或石英片，100-200℃反应5~20小时。

5）将反应后载在玻璃片或石英片表面的海绵状石墨烯片用蒸馏水冲洗3-6次后，在烘箱中烘干后，放入马弗炉中300-500℃焙烧1-5小时，形成功能化三维海绵状石墨烯电极。

所述的三维海绵状石墨烯片为直径为0.1~5cm的圆片或边长为0.1~5cm的正方形或长方形。

所述的金属导线材质为铜或钛或银。

所述的非功能化三维海绵状石墨烯电极可进行多巴胺、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、尿酸的电化学检测。

所述的功能化三维海绵状石墨烯电化学电极可进行葡萄糖的无酶检测。

所述的功能化三维海绵状石墨烯电化学电极能进行血浆中葡萄糖、尿酸和抗坏血酸的选择性无酶检测。

有益效果： 与现有电化学电极生物传感技术相比，本发明的优点在于

1、本发明首次公开一种新型的三维海绵状石墨烯电化学电极制备方法，该电极制备工艺简单、价格低廉、易于实现规模化制备；

2、本发明所制备的三维海绵状石墨烯电化学电极电导率高、比表面积大、电化学稳定性好、检测灵敏度高；

3、本发明所制备的三维海绵状石墨烯电化学电极表面容易功能化修饰，实现对不同生物分子的高灵敏和高特异选择性检测。

附图说明

图1. 为实施例1中制备的三维海绵状石墨烯电化学电极的光学照片。

图2. 为实施例1中制备的三维海绵状石墨烯电化学电极与传统玻碳电极循环伏安曲线和阻抗的比较。

图3. 为实施例2中本发明制备的三维海绵状石墨烯电化学电极在信噪比为5.6时对多巴胺的检测极限。

图4. 为实施例3中本发明制备的三维结构海绵状石墨烯电化学电极同时检测多巴胺和尿酸的循环伏安曲线。

图5. 为实施例5中本发明制备的Co₃O₄功能化三维石墨烯电化学电极的SEM照片和对葡萄糖的无酶检测时间-电流图。