[发明专利]一种基于潮解型聚电解质的全固态乙醇气体传感器酶电极及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于潮解型聚电解质的全固态乙醇气体传感器酶电极及其制作方法。

背景技术

随着人类对自身健康的重视程度和对生态环境的关注日益加深，对气体的监测控制提出了更高的要求，这为气体传感器的研究、开发和生产提供了机遇和挑战，也给气体传感器提出了新的研究课题。为了满足这些要求，气体传感器必须具有较高的灵敏度和选择性，重复性和稳定性好，能批量生产，性价比高等特点。但传统的气体传感器由于其本身材料的限制，单一气体传感器的特异选择性都比较差，只有很少数的气体传感器阵列，以神经网络作为后期数据处理系统的方法，可以在一定程度上实现对气体的选择性识别，即使如此其整体性能仍依赖于单一传感器元件的性能，传感器阵列的选择性受到了很大限制。因此，提高气体传感器特异性，对于气体传感器的推广应用具有重要意义。

生物传感器最突出的特点是特异性，将生物识别分子与气体传感器相结合，将可望获得高特异性的气体传感器。在生物气体传感器研究中，目前还主要依赖于气/液界面上的酶催化反应来进行(Anal.Chem，(1994)，66，3297-3302；Sens.Actuators B，(2002)，83，(1-3)，35-40；Sens.Actuators B，(2005)，108，(1-2)，639-645；Sens.Actuators B，(2000)，70，(1-3)，182-187；Biosens.&Bioelectron.，(2002)，17，(5)，389-394；Biosens.Bioelectron.，(2002)，17，(5)，427-432；Sens.Actuators B，(2001)，81，(1)，107-114；Biosens.Bioelectron.，(2002)，17，(9)，789-796)，并未真正实现气相中气体样品的检测，这些方法不可避免地会发生电解质蒸发或泄露，导致传感器信号的衰减(Sens.Actuators B，(2005)，107，812-817)，而且器件制备复杂，不利于微型化、智能化与集成化。我们利用丝网印刷三电极体系结合固态聚合物电解质，构建了全固态乙醇气体传感器(20111046159.8)，实现了乙醇气体在气/固界面上的检测，但是生物气体传感器的响应仍受到水分含量的制约，本发明利用具有潮解性质的聚电解质为酶的固定化载体和固态电解质，维持酶分子较高的催化活性，同时实现反应过程中的电荷传递，构建了新型生物气体传感器。

发明内容

为了克服现有乙醇气体生物传感器在检测中存在的不足，本发明的目的是提供一种基于潮解型聚电解质的全固态乙醇气体传感器酶电极及其制作方法，用该方法制得的酶电极从整体上提高了生物传感器的各项性能和实用性。

本发明所采用的技术方案如下：

本发明的全固态乙醇气体生物传感器用的酶电极具有绝缘材料基体，在基体表面丝网印刷有工作电极、参比电极和对电极，电极中间涂覆一层碳酸酯绝缘体，工作电极上涂覆有由石墨烯、潮解型聚电解质和乙醇氧化酶组成的反应层，然后在工作电极、参比电极和对电极之间涂覆潮解型聚电解质薄膜。

全固态乙醇气体生物传感器用的酶电极的制作方法，包括以下步骤：

1)潮解型聚电解质的制备

a.在100mL三口烧瓶中，按照1∶1(mol∶mol)的比例将二乙烯三胺和丙烯酸甲酯加入到一定量的甲醇中，反应12h；然后在减压状态下，升温至30℃反应1h，在60℃下反应1h，在100℃下反应2h，在120℃下反应3h，140℃下减压反应2h，反应结束后，用无水乙醇稀释，并在大量乙醚中洗涤、沉淀，真空干燥，得到超支化聚酰胺；

b.在100mL三口烧瓶中，将超支化聚酰胺与去离子水、甲酸、甲醛按照1∶10∶7∶7(g/g)的比例混合，75℃回流反应一定时间，然后用乙醚多次洗涤、沉淀，真空干燥；

c.将上述b中的产物溶于50mL甲醇中，然后加入一定量的卤代烷烃，50℃反应一定时间，产物经甲醇溶解，乙醚沉淀多次提纯，真空干燥，得到潮解型聚电解质。

2)清洗表面具有工作电极、参比电极和对电极的陶瓷或聚氯乙烯基体，烘干备用；

3)将3～6mg/mL的乙醇氧化酶、0.5～3mg/mL的石墨烯、5～20mg/mL潮解型聚电解质和体积比为2％的戊二醛震荡混合均匀，然后取3～10μL滴涂在工作电极表面，自然晾干，形成反应层；

4)将体积比为2～5％的潮解型聚电解溶液均匀涂覆在工作电极、参比电极和对电极之间，自然晾干后得到酶电极。

本发明的优点是：