[发明专利]一种酶电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物传感器领域，具体涉及一种酶电极及其制备方法。

背景技术

生物传感器作为一种分析装置，在环境监测、临床检验、食品和药品分析以及生化分析等领域具有重要的实用价值。其中由于作为生物催化剂的酶具有高效、专一的优异特性，使得基于酶基的电化学生物传感器成为生物传感器研究的主流。

电化学生物传感器的发展主要经历了三个阶段：第一个阶段以氧气作为电子传输媒介体的第一代生物传感器，通过检测体系中氧气的消耗或者过氧化氢的增加来测定被测物的浓度。由于其受氧分压影响和H₂O₂过电位高、干扰多、受氧溶解度限制等缺点，出现了以人造媒介体为氧化还原媒介体来构造酶电极，解决了传感器对氧气的依赖问题。但是因为人造媒介体存在释放缓慢和潜在的毒性等缺点，限制了其在体检测的可能性。目前广泛研究的第三代传感器则是利用酶本身与电极间的直接电子转移来完成信号的转换，无需引入媒介体，与氧或其他电子受体无关，大大提高了传感器的性能。

要实现酶和电极之间比较有效的直接电子转移，就要构造一个合适的薄膜电极界面，而在这个薄膜电极界面的构造中，材料的选择就显得至关重要。只有那些生物相容性比较好又能在酶和电极之间的直接电子转移方面起促进作用的材料才是首选。

近年来随着纳米科技的不断进步，纳米材料在航空，能源，生物等领域得到了广泛的应用。由于纳米材料具有极大的比表面积，其在生物传感器方面的应用取得了很多的研究成果，例如贵金属纳米颗粒，碳材料，半导体纳米材料等。然而在电化学生物传感器中，仍然存在着有效提高酶分子活性中心与电极间的电子转移效率的问题。其中关于半导体纳米材料在生物传感器中的应用多是集中在研究不同形貌的材料在作为酶分子载体时生物传感器的性能。而载体材料本身性质对酶活性的影响的研究则很少。采用掺杂半导体纳米线来改变酶活性的研究还没有报道。掺杂作为一种改变半导体材料性质的重要方法，在掺入不同元素后，半导体材料的导电性，载流子浓度，光学特性等性质会发生明显变化。因此，当掺杂的元素提高了半导体纳米线的导电率之后，在固定酶生物分子时可以明显提高电子转移速率，增强传感器性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种酶电极，该电极利用掺杂半导体纳米线固定多种酶来实现酶分子的有效固定和酶与电极之间的直接电子转移，通过对合成的半导体纳米线进行掺杂来改变材料的性质，进而达到提高酶分子催化活性的作用。

本发明的另一目的在于提供上述酶电极的制备方法。

一种酶电极，由基底电极和固着在基底电极表面的反应层构成，所述反应层为固定有酶的掺杂半导体纳米线，所述基底电极为铟锡氧化物(ITO)、玻碳电极，热解石墨电极，碳糊电极或金电极；所述酶为辣根过氧化物酶、血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素C、葡萄糖氧化酶、酪氨酸酶、漆酶、还原酶、过氧化氢酶、脱氢酶或氧化还原酶；所述半导体纳米线的材料为ZnO、SnO₂、In₂O₃、Cu₂O、WO₃、Fe₃O₄、TiO₂、CdTe或CdS；所述掺杂半导体纳米线中的掺杂物质为Sb、In、Sn、Al、N、Ga、La、Mn或Co。

所述掺杂半导体纳米线中的掺杂物质和半导体纳米线两者的原料的质量比为(5-20)∶100。

为了实现上述目的，本发明采用半导体纳米线与酶蛋白混合滴涂的方法，来制备酶电极，以实现了酶蛋白的直接电化学行为，其具体操作步骤如下：

1)以热蒸发方法制备掺杂半导体纳米线将镀金或者ITO的硅片放入装有原料的磁舟内，掺杂物质与半导体纳米线两者的原料的质量比为(5-20)∶100，在700-950℃和50-800sccm的N₂气流条件下，加热1～3个小时即可在硅片表面获得掺杂半导体纳米线。

2)酶电极的制备