一种基于磁性碳纳米管的葡萄糖酶电极及其制备方法技术

本发明专利技术属于生物传感器技术领域，具体为一种基于磁性碳纳米管的葡萄糖酶电极及其制备方法。本发明专利技术将碳纳米管超声分散在含三价铁离子和二价铁离子的壳聚糖酸水溶液中，制得由碳纳米管、四氧化三铁和壳聚糖组成的三组分纳米磁性复合材料；将其分散在葡萄糖氧化酶水溶液中，吸附葡萄糖酶，再分散在戊二醛水溶液中，通过伯氨基反应交联，将葡萄糖氧化酶固定在磁性复合材料的表面，即得基于磁性碳纳米管的可更新式葡萄糖酶电极，本发明专利技术提出的葡萄糖酶电极响应速度快，检测浓度范围宽，电极加工简便，固定化酶磁性材料制备简便，当酶失活后，可通过更新电极表面的基于磁性碳纳米管的酶材料使电极再生，大幅降低了电极材料的消耗，节约了资源，降低了酶法测定的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属生物传感器
，具体涉及一种基于磁性碳纳米管的葡萄糖酶电极及其 制备方法。技术背景自从1991年日本Iijima首次报道碳纳米管以来，该材料以其独特的结构、优异的 导电性、较髙的机械强度、化学稳定性和催化活性等受到国内外相关领域的广泛关注，在 电源、电磁屏蔽、纳米电子器件、超强复合材料、储氢材料、催化剂载体等诸多领域获得 了初步应用，引起了国际上物理、化学及材料等研究领域的极大兴趣。近年来，国内外对 碳纳米管的研究与开发异常活跃，从材料制备、结构表征到物理化学性质和应用的探索不 断取得重大突破。碳纳米管以其独特的性质在电化学和生物传感器方面有良好的应用前景，最近研究表 明碳纳米管对一些重要的生物活性物质有较强的电化学催化活性，可显著提高检测灵敏度 并降低检测过程中电极表面的污染。将碳纳米管固定在电极表面制备葡萄糖酶电极的已有 报道，现有的碳纳米管酶电极的制作方法主要有溶液表面修饰法、石蜡油混合填充法 和电化学聚合表面修饰法等，溶液表面修饰法是将碳纳米管分散在含酶的聚合物溶 液中，滴涂在电极表面，晾干即可；石蜡油混合填充法是将碳纳米管、酶和石蜡油混合填 充在电极管中；电化学聚合表面修饰法是将碳纳米管分散在含酶的聚合物的单体溶液中， 经电化学聚合将碳纳米管和酶固定在电极表面的聚合物中。由于固定化酶材料为电极本体 或者永久性固定在电极表面，当酶失活后，整个电极就报废了，为一次性葡萄糖酶电极。 我们设想将磁性颗粒负载在碳纳米管表面，再固定葡萄糖氧化酶，通过磁力将材料通过磁 力附着在电极表面，就可制作可更新的基于碳纳米管的葡萄糖酶电极。本专利技术采用化学共沉淀法在碳纳米管表面修饰四氧化三铁和壳聚糖，通过戊二醛固定 葡萄糖氧化酶，制得的固定有葡萄糖氧化酶的碳纳米管/四氧化三铁/壳聚糖纳米磁性复合 材料和制备的新型葡萄糖酶电极均未见文献报道。本专利技术提出的葡萄糖传感器制备工艺简 便，材料成本低廉，原料利用率高，在临床诊断、食品分析、农业生产和生命科学研究等 领域有良好的应用前景。 参考文献饭岛S.,自然，簡，第354巻，第56-58页(Iijima S., Wflh^e 1991， 35《56-58.)。 蔡育晨，李诗词，陈杰明，朗格繆尔，2005,第21巻，第S.C., Chen J.M., et al, La"gmwir 2005,21， 3653-3658.)。基于导电高分子一聚吡咯的电化学传感器，电化会志，2006,第51巻，第6025^6037 页(Ramanavicius A， Ramanaviciene A, et al.， ￡7e"rac/ >w.勿a, 2006, 5厶6025~6037.)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种用于葡萄糖测定的可更新式葡萄糖酶电极及其制备方法。 本专利技术提出的可更新式葡萄糖酶电极，是一种固定有葡萄糖氧化酶的碳纳米管/四氧 化三铁/壳聚糖纳米磁性复合材料的葡萄糖酶电极。其结构如图l所示。它由金属导线l、 电极管2、磁铁3、基体电极4和固定有葡萄糖氧化酶的纳米磁性复合材料修饰层5构成； 金属导线1在导电管2内，并与基体电极4连通，磁铁3置于电极管2中，磁性碳纳米管 复合材料层5由碳纳米管、四氧化三铁和壳聚糖组成，通过磁铁3产生的磁力附着在基体 电极4表面。本专利技术中，金属导线l一般采用铜线，电极管2—般采用玻璃管，基体电极4一般采 用导电体，通常可用石墨、环氧树脂的复合材料。本专利技术中，磁铁3可以由若千等直径的圆柱形颗粒上下排列组成，每个颗粒的直径为 1. 5-2. 5咖,略小于电极管2的内径,长度为2-5mm，如果，材料性能容许长度可以更大,直至 与电极管2的长度一致。本专利技术还提出了基于磁性碳纳米管的可更新式葡萄糖酶电极的制作方法，具体步骤如下将壳聚糖溶解在5-20mg/mL的醋酸溶液中，壳聚糖的浓度为0. 5-2 mg/mL;在此溶液 中加入三价铁离子和二价铁离子的盐(如硫酸铁(ni)铵和硫酸亚铁(ii)铵)，其中三价 铁离子和二价铁离子的摩尔比为2:1，三价铁离子和二价铁离子的总浓度控制在20-100 mmol/L，然后将碳纳米管置于该溶液中，超声分散，得黑色混悬溶液；在该溶液中滴加氨 水，边加边机械搅拌，使最终的pH值为1卜12，然后在40-60 'C水浴中隔水加热20-40 分钟，将磁铁放置在盛有混合溶液的容器底部使碳纳米管/四氧化三铁/壳聚糖纳米磁性复 合材料与水相分离，倾去上清液，用去离子水清洗三次，具体方法为将材料充分混悬在去 离子水中，每次均采用上述磁性分离技术将复合材料与水相分离；将所得固体材料，分散 在3-10 mg/mL葡萄糖氧化酶水溶液中10-30分钟，借助磁铁移去葡萄糖氧化酶水溶液， 然后将吸附酶的纳米磁性复合材料分散在3-10 mg/mL戊二醛水溶液中，通过戊二醛与葡 萄糖氧化酶和壳聚糖中的伯氨基反应将葡萄糖氧化酶固定在碳纳米管/四氧化三铁/壳聚糖 纳米磁性复合材料的表面，所得固定化酶材料经磁性分离和水洗后，冻千称重，使用前分 散在50mM磷酸盐缓冲溶液(pH7.4)中于4 'C冰箱中保存备，浓度为10-30 mg/mL。将环氧树脂与固化剂按说明书比例(如质量比2: l)混合均匀，与石墨粉按质量比l: 1混合均匀，填充于内径为1.5-3.0毫米的电极管2中，使填充的石墨与环氧树脂混合物 的高度为2-4毫米，通过导管内部在混合物中包埋直径为25-100微米的金属导线1，金 属导线1另一端于管外；石墨与环氧树脂混合物在24-28"固化10-15小时以上，表面用金 相砂纸抛光得基体电极4;在电极管内放置15-20个NdFeB圆柱形磁铁3，即构成石墨与 环氧树脂磁性基体电极，见图l。将上述分散有固定有葡萄糖氧化酶的碳纳米管/四氧化三铁/壳聚糖纳米磁性复合材 料的溶液，用移液器取5-20微升该混悬溶液于有机玻璃板表面，基体电极4头朝下接触 含纳米磁性复合材料的液滴5， 30-90秒后，在磁力作用下，液滴中的磁性材料被固定在 电极表面，即得到基于磁性碳纳米管的可更新式葡萄糖酶电极成品。碳纳米管起到导电和催化剂的作用，同时提高材料的分散性和比表面积；四氧化三铁 颗粒使材料具有磁性；壳聚糖提供伯胺基，用于固定葡萄糖氧化酶；葡萄糖氧化酶可以选 择性的与葡萄糖作用。由于磁性材料通过磁力附着在电极表面，当移去电极内的磁铁，电 极表面的磁性固定化酶材料即脱落，为更新新鲜的磁性材料提供便利。本专利技术提出的基于 磁性碳纳米管的葡萄糖酶电极响应速度快，检测浓度范围宽，电极加工简便，电极表面的 固定化酶材料制备简便，可通过磁力固定在电极表面，当酶失活后，可通过更新电极表面 的磁性酶材料使电极再生，大幅降低了电极材料的消耗，节约了资源，降低了葡萄糖酶电 极法测定的成本。本专利技术制作的基于磁性碳纳米管的葡萄糖酶电极在临床诊断、食品分析、 农业生产和生命科学研究等领域有良好的应用前景。 附图说明图1为基于磁性碳纳米管的可更新式葡萄糖酶电极结构示意图。图2为固定有葡萄糖氧化酶的碳纳米管/四氧化三铁/壳聚糖纳米磁性复合材料在磁性 电极表面的固定过程。图3为本专利技术中固定有葡萄糖氧化酶的碳纳米管/四氧化三铁/壳聚糖纳米磁性复合材 料的扫描电子显微镜照片(放大2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁性碳纳米管的葡萄糖酶电极，其特征在于由金属导线（１）、电极管（２）、磁铁（３）、基体电极（４）和固定有葡萄糖氧化酶的纳米磁性复合材料修饰层（５）构成；金属导线（１）在导电管（２）内，并与基体电极（４）连通，磁铁（３）置于电极管（２）中，磁性碳纳米管复合材料层（５）由碳纳米管、四氧化三铁和壳聚糖组成，通过磁铁（３）产生的磁力附着在基体电极（４）表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，陈挚，张鲁雁，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]