用于葡萄糖電化學(xué)傳感的納米結(jié)構(gòu)鈮酸鋰電極及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明一種用于葡萄糖電化學(xué)傳感的納米結(jié)構(gòu)鈮酸鋰電極，及其制備方法。本發(fā)明在金電極修飾上鈮酸鋰和葡萄糖氧化酶的混合物，并用殼聚糖作為保護(hù)膜，防止酶脫離。制備得到的鈮酸鋰電化學(xué)傳感器具有探測(cè)靈敏度高，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。利用鈮酸鋰對(duì)H2O2的催化特性，實(shí)現(xiàn)了葡萄糖傳感器的直接電子傳遞。同時(shí)基于納米材料自身比表面積大的特點(diǎn)，為酶的固定提供了溫和充裕的場(chǎng)所，有利于酶催化反應(yīng)的進(jìn)行，提高了傳感性能。
【專利說明】用于葡萄糖電化學(xué)傳感的納米結(jié)構(gòu)鈮酸鋰電極及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于葡萄糖電化學(xué)傳感的納米結(jié)構(gòu)鈮酸鋰電極，及其制備方法。【背景技術(shù)】
[0002]鈮酸鋰(LiNbO3)是一種典型的堿金屬鈮酸鹽，是目前已知居里溫度最高和自發(fā)極化最大的鐵電體。鈮酸鋰集壓電、鐵電、聲光、電光、光彈、非線性、光折變及激光活性等物理效應(yīng)于一身，是一種不可多得的多功能光電材料。同時(shí)鈮酸鋰的化學(xué)穩(wěn)定性好，生物相容性高，在細(xì)胞成像、生物傳感等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。
[0003]糖尿病是一種全球性疾病，關(guān)于血糖濃度的檢測(cè)，目前實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的多是利用電化學(xué)傳感器來進(jìn)行血糖濃度測(cè)定。電化學(xué)傳感器相比于光磁等其他方法具有簡(jiǎn)易便捷的優(yōu)勢(shì)。研究一種新型納米材料作為葡萄糖氧化酶固定的載體，實(shí)現(xiàn)有酶葡萄糖的直接電子傳遞，并且降低其他電活性物質(zhì)干擾，對(duì)葡萄糖傳感器的發(fā)展以及現(xiàn)實(shí)應(yīng)用有著重要的意義。
[0004]目前還未有鈮酸鋰在電化學(xué)葡萄糖傳感器上應(yīng)用的相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是提供一種通過水熱、熔融鹽、生物復(fù)型等方法制備的鈮酸鋰微納材料，并將其應(yīng)用于葡萄糖電化學(xué)測(cè)試。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種用于葡萄糖電化學(xué)傳感的納米結(jié)構(gòu)鈮酸鋰電極，由如下方法制備得到:將鈮酸鋰粉末均勻分散于葡萄糖氧化酶溶液(PBS配制，葡萄糖氧化酶濃度5~20mg/mL)中，得到混合分散液(其中鈮酸鋰濃度0.05、.2mg/μ L)，將混合分散液涂覆到金電極表面，在空氣中自然干燥，再在電極表面涂覆上殼聚糖溶液(殼聚糖質(zhì)量濃度0.1%~2.0%)，在4°C下冷藏12^24h后，得到所述納米結(jié)構(gòu)鈮酸鋰電極。
[0007]本發(fā)明還涉及制備所述納米結(jié)構(gòu)鈮酸鋰電極的方法，所述方法包括:
(1)配制pH= 7.0的磷酸鹽緩沖溶液，將適量葡萄糖氧化酶加入所得緩沖液中，得到葡萄糖氧化酶濃度5~20mg/mL的葡萄糖氧化酶溶液；
(2)取適量鈮酸鋰粉末分散于步驟(1)所得葡萄糖氧化酶溶液中，靜置15~30min，得到鈮酸鋰濃度0.05、.2mg/ μ L的混合分散液；
(3)取殼聚糖均勻分散于水中，然后加入冰醋酸，殼聚糖質(zhì)量用量為水質(zhì)量的0.1%~2.0%，冰醋酸體積用量為水體積的0.5^2.0%，攪拌0.5~2h，得到殼聚糖溶液；
(4)將步驟(2)所得混合分散液均勻涂抹在金電極上，在空氣中自然干燥后，再在電極表面涂覆上步驟(3)所得殼聚糖溶液，在4°C下冷藏12~24h后，即得所述納米結(jié)構(gòu)鈮酸鋰電極。
[0008]本發(fā)明采用三電極體系進(jìn)行葡萄糖的電化學(xué)傳感測(cè)試，將制備所得電極作為工作電極，鉬電極作為對(duì)電極，Ag/AgCl作為參比電極。[0009]鈮酸鋰用于葡萄糖電化學(xué)傳感的原理是:葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下分解產(chǎn)生H2O2,而鈮酸鋰可以催化分解H2O2,進(jìn)行電子傳遞，從而實(shí)現(xiàn)葡萄糖的探測(cè)。鈮酸鋰催化H2O2的機(jī)理主要是由于鈮酸鋰為非中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其包含的鈮氧八面體發(fā)生畸變，從而使得鈮離子的4d軌道發(fā)生分裂，產(chǎn)生eg和t2g軌道，其中eg軌道能和表面吸附氧中間體產(chǎn)生σ鍵合，通過022_/Η02_的相互替代作用，將H2O2氧化為02。
[0010]殼聚糖是生物有機(jī)高分子化合物，具有良好的成膜性、吸附使用、無毒及生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于生物傳感器的構(gòu)建。在鈮酸鋰、酶表面另外覆蓋一層殼聚糖溶液，是為了起保護(hù)作用，防止酶脫落，起到酶和鈮酸鋰固定化作用。當(dāng)選擇殼聚糖溶液濃度為0.5wt%時(shí)，固定效果為最佳。
[0011]在進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試時(shí)，在滴加葡萄糖溶液前后，電流在0.6^1.0V之間有明顯變化，為了減小其他電活性物質(zhì)對(duì)葡萄糖檢測(cè)的影響，盡量選取小電流進(jìn)行葡萄糖靈敏度測(cè)試，因此選取0.6V作為后續(xù)恒電壓電流-時(shí)間測(cè)試的輸入電壓。同時(shí)選取尿酸、抗壞血酸作為該葡萄糖傳感器抗干擾性能的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。
[0012]本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在:
本發(fā)明利用鈮酸鋰催化H2O2的特性，實(shí)現(xiàn)了鈮酸鋰的葡萄糖有酶?jìng)鞲衅髦苽?，其檢測(cè)靈敏度高達(dá)52.4μ A.rnT1.era2,響應(yīng)速度快達(dá)小于2s，同時(shí)探測(cè)的線性范圍為0.05^1.5mmol/ L,最低探測(cè)濃度為0.02 mmol/ L。此外,該發(fā)明可以拓寬葡萄糖有酶?jìng)鞲衅餍揎棽牧系难芯糠秶瑸閷ふ腋痈咝?、便捷、價(jià)格低廉的酶?jìng)鞲衅鏖_闊天地。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為實(shí)施例1得到鈮酸鋰的掃描電鏡圖片(a~c)`和X射線衍射圖譜(d)。
[0014]圖2為實(shí)施例1所得葡萄糖傳感器加葡萄糖前后循環(huán)伏安曲線變化圖。
[0015]圖3為實(shí)施例1所得葡萄糖傳感器在0.6v恒電壓下，滴加葡萄糖的電流-時(shí)間響應(yīng)曲線。
[0016]圖4為實(shí)施例1所得葡萄糖傳感器的葡萄糖響應(yīng)線性范圍圖。
[0017]圖5為實(shí)施例1所得葡萄糖傳感器的抗干擾實(shí)驗(yàn)圖，分別滴加尿酸、抗壞血酸溶液進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。
[0018]圖6為實(shí)施例2得到鈮酸鋰掃描電鏡圖片。
[0019]圖7為實(shí)施例2所得葡萄糖傳感器加葡萄糖前后循環(huán)伏安曲線變化圖。
[0020]圖8為實(shí)施例2所得葡萄糖傳感器在0.6v恒電壓下，滴加葡萄糖的電流-時(shí)間響應(yīng)曲線。
[0021]圖9為實(shí)施例2所得葡萄糖傳感器的葡萄糖響應(yīng)線性范圍圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此:
實(shí)施例1:
O用棉花做為生物模板，乙氧基鈮鋰和乙醇以體積比1:15混合，在500°C下熱處理5h，制備得到多孔鈮酸鋰微米管，多孔管狀形貌提供更多的酶負(fù)載位置，以及有利于傳質(zhì)輸運(yùn)。參見圖1。(此處多孔鈮酸鋰微米管制備了是步驟4)用的嗎？如果是，步驟4)中“鈮酸鋰粉末”應(yīng)修改為“前述制備的多孔鈮酸鋰微米管”)
2)取 7.16g Na2HPO4.Iffi2O 和 3.12g NaH2PO4.2H20 分別配制成 0.2mol/l 溶液，再按NaH2PO4和Na2HPO4摩爾比為1:2稀釋配制成0.0 Imo 1/1、pH = 7.0的磷酸鹽緩沖溶液(PBS )。
[0023]3)取IOmg葡萄糖氧化酶(阿拉丁試劑)加入到Iml步驟(2)配制的PBS溶液中，振蕩后得到10mg/ml葡萄糖氧化酶溶液。
[0024]4)取0.Smg鈮酸鋰粉末分散于10 μ I步驟(3)所得的葡萄糖氧化酶溶液中，靜置15min。
[0025]5)取0.5g殼聚糖和100ml水,攪拌分散。然后加入ImL的冰醋酸,攪拌Ih,得到0.5wt%的殼聚糖溶液。
[0026]6)將步驟(4)得到的鈮酸鋰、酶混合分散液均勻涂抹在金電極上，在空氣中自然干燥后，再在電極表面涂覆上步驟(5)得到的殼聚糖溶液，在4°C下冷藏12h后，即制備得到所需電極。
[0027]7)將步驟(6)制備所得的電極作為工作電極，鉬電極作為對(duì)電極，Ag/AgCl作為參比電極，進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖2所示，在0.6v和1.0v處產(chǎn)生兩個(gè)氧化峰，表明
葡萄糖被氧化。
[0028]8)根據(jù)圖2，選取0.6v作為恒電壓，進(jìn)行電流-時(shí)間響應(yīng)測(cè)試，往50ml PBS溶液中滴加0.1ml 50mmol/l葡萄 糖溶液，即每次葡萄糖濃度增加量為0.lmmol/1，待臺(tái)階穩(wěn)定后進(jìn)行下一次滴加，如圖3所示，所得傳感器探測(cè)靈敏度為52.4 μ A.mM'cnT2。圖4是制備所得葡萄糖傳感器線性范圍圖，線性范圍為0.0r1.2 mmol/1。
[0029]9)為了驗(yàn)證該傳感器對(duì)葡萄糖的選擇性檢測(cè)，分別在50ml PBS溶液中滴加0.lml,50mmol/l的尿酸、抗壞血酸溶液，觀察滴加前后電流變化，如圖5所示，加尿酸、抗壞血酸后電流變化不大，重新滴加葡萄糖后，電流又快速增加，表明該傳感器有很好的抗干擾性。
[0030]實(shí)施例2:
I)將Li2CO3與Nb2O5以摩爾比1:1混合，加入等質(zhì)量的KCl后，研磨均勻，加熱至780V，保溫lOmin，得球狀LiNbO3顆粒，其所能提供酶負(fù)載位置減少，與實(shí)施例1形成對(duì)比，如圖6所示。
[0031]2)取 7.16g Na2HPO4.12H20 和 3.12g NaH2PO4.2H20 分別配制成 0.2mol/l 溶液，再按NaH2PO4和Na2HPO4摩爾比為1:2稀釋配制成0.01mol/l.pH = 7.0的磷酸鹽緩沖溶液。
[0032]3)取IOmg葡萄糖氧化酶加入到Iml步驟(2)配制的PBS溶液中，振蕩后得到10mg/ml葡萄糖氧化酶溶液。
[0033]4)取Img鈮酸鋰粉末分散于15 μ I步驟(3)所得的葡萄糖氧化酶溶液中，靜置15min。
[0034]5)取0.5g殼聚糖和100ml水，攪拌分散。然后加入ImL的冰醋酸，攪拌lh，得到
0.5wt%的殼聚糖溶液。
[0035]6)將步驟(4)得到的鈮酸鋰、酶混合分散液均勻涂抹在金電極上，在空氣中自然干燥后，再在電極表面涂覆上步驟(5)得到的殼聚糖溶液，在4°C下冷藏12h后，即制備得到所需電極。[0036]7)將步驟(6)制備所得的電極作為工作電極，鉬電極作為對(duì)電極，Ag/AgCl作為參比電極，進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖7，在0.6v和1.0v處產(chǎn)生兩個(gè)氧化峰，表明葡萄
糖被氧化。
[0037]8)根據(jù)圖7，選取0.6v作為恒電壓，進(jìn)行電流-時(shí)間響應(yīng)測(cè)試，往50ml PBS溶液中滴加0.1ml 50mmol/l葡萄糖溶液，即每次葡萄糖濃度增加量為0.lmmol/1，待臺(tái)階穩(wěn)定后進(jìn)行下一次滴加，如圖8所示，所得傳感器探測(cè)靈敏度為28.lyA.mM'cnT2。圖9是制備所得葡萄糖傳感器線性范圍圖，線性范圍為0.0r1.2 mmol/1。
【權(quán)利要求】
1.一種用于葡萄糖電化學(xué)傳感的納米結(jié)構(gòu)鈮酸鋰電極，由如下方法制備得到:將鈮酸鋰粉末均勻分散于葡萄糖氧化酶溶液中，得到混合分散液，將混合分散液涂覆到金電極表面，在空氣中自然干燥，再在電極表面涂覆上殼聚糖溶液，在4°C下冷藏12~24h后，得到所述納米結(jié)構(gòu)銀酸鋰電極。
2.制備權(quán)利要求1所述納米結(jié)構(gòu)鈮酸鋰電極的方法，所述方法包括: 配制pH = 7.0的磷酸鹽緩沖溶液，將適量葡萄糖氧化酶加入所得緩沖液中，得到葡萄糖氧化酶濃度5~20mg/mL的葡萄糖氧化酶溶液； 取適量鈮酸鋰粉末分散于步驟(1)所得葡萄糖氧化酶溶液中，靜置15~30min，得到鈮酸鋰濃度0.05、.2mg/ μ L的混合分散液； 取殼聚糖均勻分散于水中，然后加入冰醋酸，殼聚糖質(zhì)量用量為水質(zhì)量的0.1%~2.0%，冰醋酸體積用量為水體積的0.5^2.0%，攪拌0.5~2h，得到殼聚糖溶液； 將步驟(2)所得混合分散液均勻涂抹在金電極上，在空氣中自然干燥后，再在電極表面涂覆上步驟(3)所得殼聚糖溶液 ，在4°C下冷藏12~24h后，即得所述納米結(jié)構(gòu)鈮酸鋰電極。
【文檔編號(hào)】G01N27/30GK103743800SQ201310739974
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】蔡斌, 黃靖云, 葉志鎮(zhèn) 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)