[发明专利]一种基于原电池的电化学传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于原电池的电化学传感器及其制备方法。

背景技术

近几十年来，生物传感器以其原理简单、工作条件温和、仪器设备低廉且选择性高等优势备受关注。其中电化学生物传感器以生物物质作为分子识别单元，以电化学工作站作为换能器，得到了广泛的应用。利用生物电化学传感器技术，针对生理物质或环境污染物的高效、快速检测可通过设计不同的电极，在电化学工作站上即可完成。虽然生物电化学传感器具有潜在的应用前景，但是由于电化学工作站的使用，导致这种方法仍然很难满足样品的现场检测。

发明内容

本发明的目的是基于原电池技术，提供一种可以直接、快速、准确地检测溶液中待测物浓度的电化学生物传感器。

本发明所提供的基于酶型原电池的电化学传感器由：电池阴极、电池阳极、万用表和外加电阻串联组成；

所述电池阴极由基底电极、涂覆于所述基底电极上的碳纳米材料层、涂覆于所述碳纳米材料层上的催化剂层及涂覆于所述催化剂层上的酶层组成；其中，所述碳纳米材料层由阳离子功能化的碳纳米材料组成；所述催化剂层由普鲁士蓝(Prussian Blue，PB)组成；所述酶层由下述a)或b)或c)或d)或e)组成：a)氧化酶(glucose oxidase，GOx)，b)氧化酶、惰性蛋白和交联剂交联形成的固定化酶，c)氧化酶、生物高聚物和交联剂交联形成的固定化酶；d)氧化酶和惰性蛋白；e)氧化酶和生物高聚物；

所述电池阳极由基底电极、涂覆于所述基底电极上的碳纳米材料层、涂覆于所述碳纳米材料层上的介体层及涂覆于所述介体层上的酶层组成，或由基底电极、涂覆于所述基底电极上的碳纳米材料与介体复合层、涂覆于所述复合层上的酶层组成；其中，所述碳纳米材料层或碳纳米材料与介体复合层中的碳纳米材料由碳纳米材料(即非功能化的碳纳米材料)组成；所述介体层或碳纳米材料与介体复合层中的介体选自下述任意一种：亚甲基蓝(methylene blue，MB)，亚甲基绿(methylene green，MG)，聚合亚甲基绿(polymethylene green，PMG)和聚合亚甲基蓝(polymethylene blue，PMB)；所述酶层由下述a)或b)或c)或d)或e)组成：a)脱氢酶(glucose dehydrogenase，GDH)，b)脱氢酶、惰性蛋白和交联剂交联形成的固定化酶，c)脱氢酶、生物高聚物和交联剂交联形成的固定化酶；d)脱氢酶和惰性蛋白；e)脱氢酶和生物高聚物。

所述电池阴极和电池阳极的碳纳米材料层中，每平方厘米基底电极上碳纳米材料的含量为5～180μg。所述碳纳米材料为单壁碳纳米管(Single-walled Nanotubes，SWNTs)和多壁碳纳米管(Multi-walled Nanotubes，MWNTs)的一种或其任意组合；所述功能化阳离子为聚吡咯阳离子、聚苯胺阳离子、咪唑阳离子和吲哚阳离子中的一种或其任意组合。

本发明对碳纳米材料的尺寸无特别要求，一般来说，所述碳纳米管的直径为1～500nm，优选为1～10nm；平均长度为0.5～50μm，优选为5～15μm。

所述电池阴极的催化剂层和电池阳极的介体层中，每平方厘米基底电极上催化剂(或介体)的含量为1～20μg。

所述电池阴极和电池阳极的酶层中，每平方厘米基底电极上GOx为1.4～217.2U，GDH的含量为3.9～31.1U。所述惰性蛋白可为牛血清蛋白、人血清蛋白和白明胶中的一种或其任意组合。所述生物高聚物为纤维素、淀粉、壳聚糖和琼脂糖中的一种或其任意组合。根据待测物(即底物)的不同，可以选择相应的针对待测物的氧化酶及脱氢酶。以测定葡萄糖的葡萄糖传感器为例，所用氧化酶为葡萄糖氧化酶，脱氢酶为葡萄糖脱氢酶；以检测乳酸的乳酸传感器为例，所用氧化酶为乳酸氧化酶，脱氢酶为乳酸脱氢酶；以检测谷氨酸的谷氨酸传感器为例，所用氧化酶为谷氨酸氧化酶，脱氢酶为谷氨酸脱氢酶；

本发明电化学传感器中所串联的电阻的阻值可为5～3000Ω。

本发明中所述基底电极具体可为玻碳电极(Glassy Carbon，GC)。

制备上述电化学传感器的方法，包括以下步骤：

1)制备电池阴极：

a)将阳离子功能化碳纳米材料进行超声处理，然后涂覆于基底电极上，室温干燥；