一種多孔活性石墨烯微電極的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨烯微電極的制備方法及應(yīng)用，屬于生物傳感領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微電極技術(shù)近年在各個(gè)領(lǐng)域興起并深受研究者的重視。微電極在納米技術(shù)中扮演著重要的角色，可以對(duì)單分子和單納米粒子進(jìn)行檢測(cè)，還可以對(duì)痕量金屬離子進(jìn)行測(cè)定，因此微電極技術(shù)已成為電化學(xué)研究領(lǐng)域中具有廣泛發(fā)展前景的分支。微電極與常規(guī)電極相比具有以下優(yōu)點(diǎn)，較高的電流密度、較短的響應(yīng)時(shí)間、傳質(zhì)速度快、極化電流小、信噪比大，其制備的電極具有穩(wěn)定而高密度的電流，不易受到外界因素的影響。另外，其尺寸小，對(duì)被測(cè)物破壞極小，還可用于活體實(shí)時(shí)檢測(cè)。
[0003]石墨烯因其具有大的比表面積、優(yōu)良的導(dǎo)電性、良好的生物相容性、高度的穩(wěn)定性而在電化學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，使其成為制備酶電極的一種理想材料。將石墨烯制成微電極不但可以增大響應(yīng)電流，還可以利用石墨烯的本身的電催化特性。
[0004]葡萄糖氧化酶(G0D)因其穩(wěn)定性好，催化效率高，對(duì)D (+)-葡萄糖有高度專一的催化作用，成為人們制備葡萄糖傳感器首選的酶。而生物傳感器制備過程中酶的固定是一關(guān)鍵步驟。通常使用的酶固定化方法有吸附法、共價(jià)鍵合法、交聯(lián)法、包埋法，其中都涉及在傳統(tǒng)常規(guī)電極上進(jìn)行各種修飾，步驟較多，操作復(fù)雜。因此，如何用簡單的方法制備性能優(yōu)良的酶電極是發(fā)展電化學(xué)生物傳感器的迫切需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種新的石墨烯微電極制備方法，用于生物傳感領(lǐng)域。
[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是用簡單的電沉積方法將石墨烯材料的制備同電極的制備同時(shí)達(dá)到。
[0007]本發(fā)明所采用的導(dǎo)電基底是Pt絲。
[0008]本發(fā)明還提供了一種制備所述石墨烯微電極作為葡萄糖傳感器的應(yīng)用。
[0009]在本發(fā)明制備所述石墨烯材料，除了包裹在Pt絲表面的，還有翹起來的三維結(jié)構(gòu)，它們之間相互連接。
[0010]在本發(fā)明制備所述石墨烯材料中，得到的是三維相互交錯(cuò)的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，孔徑從幾微米到幾十微米。
[0011]在本發(fā)明制備所述石墨烯材料中，存在空腔結(jié)構(gòu)，并且石墨烯壁很薄。
[0012]本發(fā)明還提供了一種制備所述石墨烯微電極的方法，該方法包括:
[0013]1.氧化石墨稀(G0)的制備:氧化石墨稀是采用改良的Hmnmers方法，通過氧化天然的石墨粉而制備(Advanced Materials, 24(2012)5493-5498)。
[0014]2.Pt絲的預(yù)處理:先將Pt絲(直徑100-500 μ m)用金相砂紙打磨拋光，增加表面粗糙度，進(jìn)而利于石墨烯的沉積。再分別用硝酸、無水乙醇、超純水超聲清洗干凈，備用；
[0015]3.多孔石墨烯微電極的制備:含有0.1M LiC10d^2-4mg/mL氧化石墨烯的水溶液作為電解液，固定長度為l_3cm的鉑絲為工作電極，鉑電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，室溫下在電位-0.8V到-1.0V電沉積5-30min。隨后將沉積好的微電極浸入超純水中l(wèi)Omin，以除去殘留下的氧化石墨稀。再進(jìn)一步在1.0M LiC104溶液中電還原lOmin。這樣，就得到多孔的氧化石墨烯微電極。
[0016]4.葡萄糖氧化酶電極的制備:將多孔石墨稀微電極浸入10mg/mL的GOD溶液中5-30min,即制得該酶電極。
[0017]在本發(fā)明中，所述的導(dǎo)電基底為Pt絲。
[0018]在本發(fā)明中，所述的納米材料為石墨烯。
[0019]在本發(fā)明中，含有0.1M 1^(:104的2-4mg/mL氧化石墨烯的水溶液作為電解液，要超聲均勻。
[0020]在本發(fā)明中，電沉積電位為-0.8V到-1.0V，與實(shí)際所配制的電解液的析氫電位有關(guān)。
[0021]在本發(fā)明中，電沉積時(shí)間5-30min，肉眼可見石墨烯明顯的成功沉積，以能成功固定吸附葡萄糖氧化酶為準(zhǔn)。
[0022]本發(fā)明的石墨烯微電極相當(dāng)于一種新型的電化學(xué)葡萄糖傳感器，固定葡萄糖氧化酶后能研究酶的直接電化學(xué)行為以及直接用于葡萄糖的快速電化學(xué)測(cè)定，并且石墨烯和Pt絲結(jié)合的復(fù)合微電極具有催化性能高、穩(wěn)定性好、成本低等的優(yōu)點(diǎn)。
[0023]本發(fā)明的技術(shù)方案至少具有如下有益效果:
[0024]1.本發(fā)明制備得到的多孔石墨烯微電極，采用一步電沉積的方法，克服了將石墨烯材料在電極表面的不穩(wěn)定、易脫落的難題。
[0025]2.本發(fā)明制備得到的多孔石墨烯微電極中，所述石墨烯材料具有三維多孔相互交錯(cuò)的結(jié)構(gòu)，這為電極提供了更大的比表面積，另外，石墨烯高的活性，更有利于酶的吸附和直接電子轉(zhuǎn)移的發(fā)生。這種結(jié)構(gòu)也更有利于酶的直接電化學(xué)行為的實(shí)現(xiàn)。
[0026]3.相比于傳統(tǒng)的常規(guī)電極，本發(fā)明中的微電極克服了電流密度低、傳質(zhì)速率慢的問題，在實(shí)時(shí)檢測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。該方法制備成本低廉，利于實(shí)現(xiàn)商業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。
[0027]4.本發(fā)明這種電沉積方法制備的多孔石墨烯微電極用于葡萄糖傳感器，該酶電極具有較高的穩(wěn)定性、可重現(xiàn)性和抗干擾性。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中多孔石墨烯微電極500倍下的掃描電鏡圖。
[0029]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中多孔石墨烯微電極1000倍下的掃描電鏡圖。
[0030]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中葡萄糖氧化酶在多孔石墨烯微電極上的直接電化學(xué)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)、優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明實(shí)施例原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明實(shí)施例的保護(hù)范圍。
[0032]實(shí)施例1
[0033]本實(shí)施例中的制備過程和步驟如下:
[0034]A.氧化石墨稀(G0)的制備:氧化石墨稀是采用改良的Hmnmers方法，通過氧化天然的石墨粉而制備。
[0035]B.Pt絲的預(yù)處理:先將Pt絲(直徑100 μ m)用金相砂紙打磨拋光，增加表面粗糙度，進(jìn)而利于石墨烯的沉積。再分別用硝酸、無水乙醇、超純水超聲3min清洗干凈，備用；
[0036]C.多孔石墨烯微電極的制備:含有0.1M LiC10d^3mg/mL氧化石墨烯的水溶液作為電解液，固定長度為1.5cm的鉑絲為工作電極，鉑電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，室溫下在電位-0.8V電沉積20min。隨后將沉積好的微電極浸入超純水中l(wèi)Omin，以除去殘留下的氧化石墨稀。再進(jìn)一步在1.0MLiC104溶液中電還原lOmin。這樣，就得到了多孔的氧化石墨烯微電極就得到了。
[0037]D.葡萄糖氧化酶電極的制備:將多孔石墨烯微電極浸入10mg/mL的GOD溶液中30min，即制得該酶電極。
[0038]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中多孔石墨烯微電極500倍下的掃描電鏡圖，可以看到石墨稀被成功沉積到Pt絲上。
[0039]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中多孔石墨烯微電極1000倍下的掃描電鏡圖，可以看到沉積的石墨烯分為兩部分，一部分包裹著Pt絲，防止酶和Pt絲的直接電接觸；另一部分仍然連接著主體石墨烯，增加了微電極的表面積。
[0040]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中葡萄糖氧化酶在多孔石墨烯微電極上的直接電化學(xué)圖，可以看到葡萄糖氧化酶成功固定在了電極上。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨稀微電極，其特征在于，是將石墨稀和Pt絲結(jié)合制備的微電極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯微電極，其特征在于，石墨烯的制備方法為由氧化石墨烯水溶液一步電化學(xué)還原成石墨烯，并且同時(shí)組裝在Pt絲上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯微電極，其特征在于，Pt絲直徑為100-500μ m，沉積長度為l_3cm。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石墨烯微電極，電沉積電位為-0.8到-1.0V，電位選擇與實(shí)際所配制的電解液的析氫電位有關(guān)。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石墨稀微電極，電沉積時(shí)間為5-30min。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯微電極，其特征在于，石墨烯為三維多孔的結(jié)構(gòu)。7.—種石墨烯微電極的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟: (1)制備氧化石墨稀，標(biāo)定成所需要的濃度。 (2)將基底Pt絲處理干凈，備用。 (3)在Pt絲上進(jìn)行電沉積石墨烯。8.如權(quán)利要求7所述一種石墨烯微電極制備方法，其特征在于，步驟(1)所述氧化石墨烯溶液的濃度為2-4mg/mL。9.如權(quán)利要求7所述一種石墨烯微電極的制備方法，其特征在于，步驟(3)以Pt為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為對(duì)電極，構(gòu)成三電極體系進(jìn)行電沉積。10.一種石墨烯微電極，固定葡萄糖氧化酶后構(gòu)成葡萄糖酶電極，可實(shí)現(xiàn)直接電化學(xué)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多孔石墨烯微電極的制備方法及應(yīng)用。本發(fā)明所述方法是一步電沉積的方法，即將氧化石墨烯電化學(xué)還原成石墨烯，并同時(shí)組裝在Pt絲上。本發(fā)明所采用的Pt具有高的導(dǎo)電性，石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和良好的生物相容性。這樣得到的石墨烯微電極具有多孔的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部空腔和孔相互交錯(cuò)形成了三維的結(jié)構(gòu)。由于具有多孔的結(jié)構(gòu)，固定上葡萄糖氧化酶后，能實(shí)現(xiàn)酶的直接電化學(xué)以及直接用于葡萄糖的快速電化學(xué)測(cè)定，該傳感器具有較好的穩(wěn)定性和長的使用壽命。
【IPC分類】G01N27/327
【公開號(hào)】CN105353014
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510750828
【發(fā)明人】邵會(huì)波, 李璇, 石玉杰
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)
【公開日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年11月6日