本發(fā)明屬于傳感器制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種同時(shí)具有電化學(xué)傳感性能和比色傳感性能的傳感器材料，具有同時(shí)定性定量檢測(cè)葡萄糖和過(guò)氧化氫的功能。

背景技術(shù)：

天然生物酶作為一種高選擇性高活性的生物傳感酶，在現(xiàn)在的生物傳感中廣泛應(yīng)用，但其在自然環(huán)境下不穩(wěn)定易失活且制備成本過(guò)高等都嚴(yán)重制約了其進(jìn)一步發(fā)展，而一些納米無(wú)機(jī)材料被發(fā)現(xiàn)擁有類似于生物傳感酶的某些特性，比如對(duì)某種特定分子具有高的反應(yīng)活性和選擇性，因此成為新興的類酶生物傳感材料。在諸多生物傳感器中，葡萄糖傳感器在生物工程、醫(yī)療診斷、食品檢測(cè)方面都有著廣泛的應(yīng)用，因此進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)新型葡萄糖傳感器擁有重要意義和實(shí)用價(jià)值。對(duì)于納米無(wú)機(jī)傳感材料，其發(fā)展面臨一些問(wèn)題，比如：制備成本高、催化反應(yīng)活性低、選擇性能差等，因此研發(fā)一種能夠快速簡(jiǎn)單制備且擁有高的反應(yīng)活性和高的選擇性的無(wú)機(jī)納米傳感材料將具有重大意義。

層狀雙金屬氫氧化物(LDHs，又稱水滑石)是一類典型的陰離子型層狀材料，由于主體層板內(nèi)的二價(jià)及三價(jià)金屬離子的種類、比例和分布以及層間客體可以人為調(diào)控，且其設(shè)計(jì)合成及組裝的多樣性，由此引起了國(guó)際功能材料研究領(lǐng)域的廣泛興趣和高度重視。隨著將鎳、鈷、鐵等過(guò)渡金屬元素引入水滑石層板，水滑石的應(yīng)用領(lǐng)域得到進(jìn)一步拓寬。

本工作致力于研發(fā)一種能夠快速簡(jiǎn)單制備且擁有高的反應(yīng)活性和高的選擇性的多功能無(wú)機(jī)納米傳感材料應(yīng)用于葡萄糖生物傳感器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是基于一種同時(shí)具有電化學(xué)傳感性能和比色傳感性能的傳感器材料用于定性定量檢測(cè)葡萄糖或者定性定量檢測(cè)過(guò)氧化氫。該材料是由含鈷和鐵的水滑石納米片陣列組成，通過(guò)簡(jiǎn)單的一步電合成的方法，將鈷鐵水滑石納米片垂直生長(zhǎng)在導(dǎo)電基底上，擁有制備方法簡(jiǎn)單，省時(shí)、高效的優(yōu)點(diǎn)，有望作為一種新穎高效的多功能葡萄糖傳感器，應(yīng)用于生物工程、醫(yī)療診斷、食品檢測(cè)等方面。

本發(fā)明所述的傳感器材料的制備方法：

a:將導(dǎo)電基底分別用無(wú)水乙醇、丙酮和去離子水各超聲10-20min，去除表面的雜質(zhì)；

b:配制可溶二價(jià)鈷鹽和二價(jià)鐵鹽的混合鹽溶液，其中二價(jià)鈷離子濃度為0.3-3mg/mL，二價(jià)鐵離子濃度為0.3-3mg/mL；

c:以鉑絲作為對(duì)電極、飽和甘汞電極作為參比電極，步驟a處理后的導(dǎo)電基底作為工作電極，步驟b配制的混合鹽溶液作為電解質(zhì)溶液，在10-50℃，(-0.8)-(-1.2)V電壓下電合成10-400s后，即在導(dǎo)電基底上垂直生長(zhǎng)出鈷鐵水滑石納米片陣列；

d:把步驟c制得的垂直生長(zhǎng)鈷鐵水滑石納米片陣列的導(dǎo)電基底置于40-80℃的烘箱中2-4天，使其在空氣中發(fā)生自氧化，即得到傳感器材料。

所述的導(dǎo)電基底選自泡沫鎳、鎳片、碳纖維布、導(dǎo)電布。

所述的可溶二價(jià)鈷鹽選自硝酸鈷、硫酸鈷、氯化鈷，二價(jià)鐵鹽選自硝酸亞鐵、硫酸亞鐵、氯化亞鐵。

將上述制備得到的傳感器材料應(yīng)用于定性定量檢測(cè)葡萄糖。

將上述制備得到的傳感器材料應(yīng)用于定性定量檢測(cè)過(guò)氧化氫。

上述定性定量檢測(cè)葡萄糖的方法為：

1、定性檢測(cè)：a:配制葡萄糖檢測(cè)溶液：將0.5-1mL的待測(cè)葡萄糖溶液、2-3mL的PH＝7的磷酸氫二鈉緩沖溶液和600-900μL的葡萄糖氧化酶溶液混合，置于35-40℃水浴中溫育1-2h，取上述混合溶液20-200μL加入到0.5-1mL的PH＝4的醋酸鈉緩沖溶液中，再加入150-200μL四甲基聯(lián)苯胺溶液，得到葡萄糖檢測(cè)溶液；

b:將傳感器材料0.5×0.5cm²放入葡萄糖檢測(cè)溶液中，28-32℃下溫育15-30min，觀察溶液顏色變化，然后進(jìn)行紫外-可見(jiàn)光測(cè)試；

2、定量檢測(cè)：將傳感器材料作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，鉑絲作為工作電極，組成三電極體系對(duì)待測(cè)溶液進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，得到葡萄糖濃度結(jié)果；其中待測(cè)溶液為5.6-56mg/mL的氫氧化鉀溶液與葡萄糖混合溶液，PH值為13-14；

3、上述定性定量檢測(cè)葡萄糖完成后，取出傳感器材料，洗滌干燥后，可重復(fù)檢測(cè)使用6次以上。

本發(fā)明制備的鈷鐵水滑石納米片尺寸均勻、結(jié)構(gòu)規(guī)整、比表面積大。將該納米片陣列結(jié)構(gòu)應(yīng)用于葡萄糖的電化學(xué)傳感器和比色傳感器，具有檢測(cè)濃度范圍寬、靈敏度高、檢測(cè)限低、重復(fù)利用性好、操作回收方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。具體表現(xiàn)為：1、該定性定量檢測(cè)葡萄糖的傳感器材料對(duì)于電分析檢測(cè)葡糖糖具有良好的響應(yīng)，其用于無(wú)酶葡萄糖生物傳感器靈敏度可達(dá)10.63μAμM^-1cm^-2，線性范圍為0-1000μM，循環(huán)重復(fù)使用6次后，傳感性能可保持95％以上，且對(duì)抗壞血酸、多巴胺、尿素等具有很好的抗干擾性能；2、該定性定量檢測(cè)葡萄糖的傳感器材料作為一種類過(guò)氧化氫酶無(wú)機(jī)納米材料在葡萄糖的比色傳感分析和過(guò)氧化氫比色傳感分析中具有良好的變色響應(yīng)，其用于類過(guò)氧化氫酶葡萄糖生物傳感器線性范圍為0-800μM，循環(huán)重復(fù)使用4次后，傳感性能可保持90％以上，且對(duì)抗壞血酸、多巴胺、尿素等具有很好的抗干擾性能。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1得到的鈷鐵水滑石納米片陣列的XRD譜圖；橫坐標(biāo)為2θ，單位：度；縱坐標(biāo)為強(qiáng)度。

圖2是實(shí)施例1得到的鈷鐵水滑石納米片陣列的掃描電鏡照片。

圖3是實(shí)施例1得到的鈷鐵水滑石納米片陣列的投射電鏡照片。

圖4是實(shí)施例1得到的葡萄糖電化學(xué)測(cè)試結(jié)果(包括循環(huán)伏安曲線、時(shí)間-電流曲線)。

圖5是實(shí)施例1得到的葡萄糖比色傳感測(cè)試結(jié)果(紫外-可見(jiàn)光吸收光譜圖)。

圖6是鈷鐵水滑石的微觀結(jié)構(gòu)模型及其電化學(xué)和比色傳感檢查葡萄糖的機(jī)理示意圖。

具體實(shí)施方式

【實(shí)施例1】

1).傳感器材料的合成：

a:將導(dǎo)電基底泡沫鎳分別用無(wú)水乙醇、丙酮和去離子水各超聲15min，去除表面的雜質(zhì)；

b:配制混合鹽溶液25mL，其中硝酸鈷濃度為3mg/mL，硫酸亞鐵濃度為3mg/mL；

c:以步驟a處理后的泡沫鎳作為工作電極、鉑絲作為對(duì)電極、飽和甘汞電極作為參比電極，步驟b配制的混合鹽溶液作為電解質(zhì)溶液，在-1V電壓下合成鈷鐵水滑石納米片陣列，電合成時(shí)間為100s，合成溫度為25℃；

d:把步驟c制得的垂直生長(zhǎng)鈷鐵水滑石納米片陣列的泡沫鎳置于60℃的烘箱中2天，使其在空氣中發(fā)生自氧化，即得到傳感器材料。

2).定性檢測(cè)葡萄糖：

a:配制葡萄糖檢測(cè)溶液：將1mL不同濃度的葡萄糖溶液、3mL磷酸氫二鈉緩沖溶液(PH＝7)和800μL葡萄糖氧化酶溶液(1M)混合，置于37℃水浴中溫育2h，取上述混合溶液200μL加入到1mL醋酸鈉緩沖溶液中(PH＝4)，再加入200μL四甲基聯(lián)苯胺(1M)溶液，得到不同濃度的葡萄糖檢測(cè)溶液；

b:將傳感器材料0.5×0.5cm²放入葡萄糖檢測(cè)溶液中，30℃下溫育30min，觀察溶液顏色變化，然后進(jìn)行紫外-可見(jiàn)光測(cè)試。

3).定量檢測(cè)葡萄糖：

a:將傳感器材料直接作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，鉑絲作為工作電極，組成三電極體系；以100mL 0.1M氫氧化鉀溶液作為電解質(zhì)溶液，用微量進(jìn)樣器向里面添加葡萄糖溶液，通過(guò)控制葡萄糖的加入量制成不同濃度的葡萄糖電化學(xué)測(cè)試溶液，首先進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，找出最佳電壓，在最佳電壓下，記錄時(shí)間-電流曲線，得到不同濃度葡萄糖下的電流響應(yīng)曲線。

4).比色傳感抗干擾性能測(cè)試：

a:配制干擾溶液：(1mL)0.1mg/mL葡萄糖溶液+(3mL)磷酸氫二鈉緩沖溶液(PH＝7)+(800μL)葡糖糖氧化酶溶液(1M)，置于37℃水浴中溫育2h，取上述混合溶液(200μL)加入到1mL醋酸鈉緩沖溶液中(PH＝4)，再加入200μL四甲基聯(lián)苯胺(TMB)溶液(1M)，得到葡萄糖檢測(cè)溶液；

b:分別向a中的葡萄糖檢測(cè)溶液中加入50μM抗壞血酸溶液(AA)、50μM多巴胺溶液(DA)、50μM尿酸溶液(UA)，分別得到含有AA、UA、DA的測(cè)試溶液；

c:將傳感器材料0.5×0.5cm²放入b中三種分別含有AA、UA、DA的測(cè)試溶液中，30℃下溫育30min，觀察溶液顏色變化；然后進(jìn)行紫外-可見(jiàn)光測(cè)試。

5).電化學(xué)傳感抗干擾性能測(cè)試：

a:分別向含有0.1mg/mL的葡萄糖的0.1M氫氧化鉀溶液中加入50μM抗壞血酸溶液(AA)、50μM多巴胺溶液(DA)、50μM尿酸溶液(UA)，分別得到含有AA、UA、DA的測(cè)試溶液；

b:將傳感器材料直接作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，鉑絲作為工作電極，組成三電極體系，以b中得到的分別含有AA、UA、DA的三種測(cè)試溶液作為電解質(zhì)，進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，記錄時(shí)間-電流曲線，得到AA、UA、DA對(duì)葡萄糖測(cè)試的影響。

6).重復(fù)使用性能檢測(cè)：上述定性定量檢測(cè)完成后，將工作電極取出，洗滌干燥，繼續(xù)定性定量檢測(cè)，重復(fù)6次后，將每次的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

【實(shí)施例2】

1).傳感器材料的合成：

a:將導(dǎo)電基底碳纖維布分別用無(wú)水乙醇、丙酮和去離子水各超聲15min，去除表面的雜質(zhì)；

b:配制混合鹽溶液25mL，其中硝酸鈷濃度為3mg/mL，硫酸亞鐵濃度為3mg/mL；

c:以步驟a處理后的碳纖維布作為工作電極、鉑絲作為對(duì)電極、飽和甘汞電極作為參比電極，步驟b配制的混合鹽溶液作為電解質(zhì)溶液，在-1V電壓下合成鈷鐵水滑石納米片陣列，電合成時(shí)間分別控制在100s，合成溫度為25℃；

d:把步驟c制得的垂直生長(zhǎng)鈷鐵水滑石納米片陣列的碳纖維布置于60℃的烘箱中2天，使其在空氣中發(fā)生自氧化，即得到傳感器材料。

2).定性檢測(cè)過(guò)氧化氫：

a:配制過(guò)氧化氫檢測(cè)溶液：取不同濃度的過(guò)氧化氫溶液(200μL)加入到1mL醋酸鈉緩沖溶液中(PH＝4)，再加入200μL四甲基聯(lián)苯胺(TMB)溶液(1M)，得到不同濃度的過(guò)氧化氫檢測(cè)溶液；

b:將傳感器材料0.5×0.5cm²放入過(guò)氧化氫檢測(cè)溶液中，30℃下溫育30min，觀察溶液顏色變化,然后進(jìn)行紫外-可見(jiàn)光測(cè)試。

3).定量檢測(cè)：

a:將傳感器材料直接作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，鉑絲作為工作電極，組成三電極體系；

b:電化學(xué)傳感性能測(cè)試時(shí)，以100mL 0.1M氫氧化鉀溶液作為電解質(zhì)溶液，用微量進(jìn)樣器向里面添加過(guò)氧化氫溶液，通過(guò)控制過(guò)氧化氫的加入量制成不同濃度的過(guò)氧化氫電化學(xué)測(cè)試溶液，首先進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，找出最佳電壓，在最佳電壓下，記錄時(shí)間-電流曲線，得到不同濃度過(guò)氧化氫下的電流響應(yīng)曲線。

4).比色傳感抗干擾性能測(cè)試：

a:取0.1mg/mL過(guò)氧化氫溶液(200μL)加入到1mL醋酸鈉緩沖溶液中(PH＝4)，再加入200μL四甲基聯(lián)苯胺(TMB)溶液(1M)，得到過(guò)氧化氫檢測(cè)溶液；

b:分別向a中的過(guò)氧化氫測(cè)試溶液中加入50μM抗壞血酸溶液(AA)、50μM多巴胺溶液(DA)、50μM尿酸溶液(UA)，分別得到含有AA、UA、DA的測(cè)試溶液；

c:將傳感器材料0.5×0.5cm²放入b中三種分別含有AA、UA、DA的測(cè)試溶液中，30℃下溫育30min，觀察溶液顏色變化,然后進(jìn)行紫外-可見(jiàn)光測(cè)試。

5).電化學(xué)傳感抗干擾性能測(cè)試：

a:分別向含有0.1mg/mL的過(guò)氧化氫的0.1M氫氧化鉀溶液中加入50μM抗壞血酸溶液(AA)、50μM多巴胺溶液(DA)、50μM尿酸溶液(UA)，分別得到含有AA、UA、DA的測(cè)試溶液；

b:將傳感器材料直接作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，鉑絲作為工作電極，組成三電極體系,以b中得到的分別含有AA、UA、DA的三種測(cè)試溶液作為電解質(zhì)，進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。記錄時(shí)間-電流曲線，得到AA、UA、DA對(duì)過(guò)氧化氫測(cè)試的影響。

6).重復(fù)使用性能檢測(cè)：上述定性定量檢測(cè)完成后，將工作電極取出，洗滌干燥，繼續(xù)定性定量檢測(cè)，重復(fù)6次后，將每次的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。