[发明专利]一种电化学生物传感器工作电极

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学生物传感器工作电极。

背景技术

电化学生物传感器是将生物识别分子与底物发生的反应以电信号形式读取出来，具有信号采集方便、检测灵敏度高等优势，是研究最为广泛且发展最为迅速的一类生物传感器。其中，酶修饰的工作电极是电化学生物传感器中的重要组成部分，目前最先进的第三代电化学生物传感器的工作电极需要实现酶与电极间的直接电子转移，这种无媒介的电化学传感器可以极大的提高传感器性能及使用寿命(N.J. Ronkainen et al. Chem. Soc. Rev., 39 (2010) 1747 )。但是由于酶的电活性中心都是深埋在一层蛋白分子内部，酶活性中心与电极表面的直接电子转移很难发生。

纳米材料由于具有高比表面积、高表面自由能以及很多其他特殊性能，能够提高固载酶的活性位点并极大地提高催化能力，实现酶电活性中心与电极表面的直接电子转移(    A. Kaushik et al. Biosens. Bioelectron., 24 (2008) 676; S.W. Tan et al. J. Electroanal. Chem., 668 (2012) 113)。目前基于纳米材料的电化学生物传感器工作电极的制备，大部分都是使用粉末状纳米材料，会严重影响电极的稳定性及使用寿命，同时纳米材料易团聚，会降低酶的固载，影响传感器的性能。因此，结合纳米材料的优势与二氧化钛材料的高生物相容性，将具有高比表面积的单晶二氧化钛纳米棒直接制备在金属电极表面，利用二氧化钛纳米棒阵列的高导电性、高效酶吸附能力及稳定性来提高工作电极的传感性能，是非常有应用前景的生物传感器电极材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种灵敏度高、检测范围广、稳定性好的电化学生物传感器工作电极。

本发明的电化学生物传感器工作电极通过以下制备步骤获得：

1）将0.29g苦味酸溶于9.6mL乙醇中，然后依次加入36mL去离子水、24mL质量浓度为37%的盐酸和150μL钛酸四丁酯，搅拌均匀后置于水热釜中，将Ti基板或Ti丝置于水热釜中，密封，在160 C°下反应4 h后自然降温至室温，取出，依次用去离子水和乙醇反复冲洗，得到表面生长有TiO₂纳米棒阵列的Ti基板或表面生长有TiO₂纳米棒阵列的Ti丝；

2）用环氧树脂封装表面生长有TiO₂纳米棒阵列的Ti基板，露出0.3 × 0.3 cm2面积作为工作电极；或者用环氧树脂封装表面生长有TiO₂纳米棒阵列的Ti丝，露出3 mm长度的Ti丝作为工作电极；

3) 将酶溶于0.01M PBS中，配制10 mg mL^-1的酶溶液，将经步骤2）封装好的工作电极在酶溶液中浸泡4 h，室温干燥后，再置于质量浓度0.5 %的Nafion溶液中浸泡1 h，室温干燥后在4 °C保存12 h。

上述的酶可以是辣根过氧化物酶、葡萄糖氧化酶、肌红蛋白、胆固醇氧化酶或血红蛋白。

本发明中，所说的Ti基板厚度一般为0.1 mm，Ti基板工作电极上的TiO₂纳米棒平均直径为40 nm，高度为1 μm。

所说的Ti丝直径为1 mm，Ti丝工作电极上的TiO₂纳米棒平均直径为40 nm，高度为1 μm。

本发明通过水热法在Ti基板或Ti丝表面生长一层分布均匀、致密的TiO₂纳米棒阵列，由Nafion及酶修饰后便可用做电化学生物传感器工作电极，制备方法简单且重复性高。本发明制备的电化学生物传感器工作电极的种类丰富、灵敏度高、检测范围广、稳定性好，可以广泛应用于生物医学、环境监测及食品检测等领域。

附图说明

图1是生长在Ti基板表面的TiO₂纳米棒阵列的SEM图片；其中：图a是低倍SEM图，插图为截面SEM图，图b是高倍SEM图；

图2是生长在Ti丝表面的TiO₂纳米棒阵列的SEM图片；其中图a是低倍SEM图，图b是高倍SEM图。

具体实施方式

实施例1