[发明专利]一种水滑石碳纸复合材料的制备方法及其作为生物传感器的应用

说明书

技术领域

本发明属于电化学生物传感器制备技术领域，特别涉及采用原位生长的方法制备一种水滑石碳纸复合材料并将其应用于制备生物传感器。

背景技术

高速，高效，灵敏，轻便的特点，使电化学传感器的研发一直是电化学领域的一大研究热点。生物传感器中的核心组分是生物分子识别原件，在常见的三电极体系中即为工作电极，工作电极首要条件即为需具备高导电性，抗腐蚀性等，所以大量科研工作者们都选择采用现成的玻碳电极或者贵金属电极等，把研究重点放在电极的修饰方面。但是长久以来，研发的这一类电化学传感器在应用领域显现出了一定的局限性，这主要是因为：(1)所使用的玻碳电极或者贵金属电极本身的成本就比较高；(2)这一类即成电极由于清洁抛光的需要，表面都非常光滑，比表面积非常小，这使这一类生物传感器的检测灵敏度都很难有显著地提高；(3)电极尺寸形状都是固定的，因此对检测装置的容积形状都形成有一定的限制。

为了解决上述问题，学者们开始逐渐关注电极基底材料的革新。结构特点及电性能各异的材料，被用做电极基底，通过不同的电极修饰方法，制备出了各具特点的电化学电极。

在文献Nature Communications,2013,3169中，Xingyou Lang等人采用金线做为电极基底材料，通过合金化/脱合金化的步骤在金线表面刻蚀出孔道结构，再通过水热的方法，在孔道表面负载氧化钴颗粒，将合成出的复合物金线做为工作电极，制备电化学无酶传感器。该传感器对底液中的葡萄糖进行无酶检测时表现出了极高的灵敏度和快速的响应时间，作者分析这与金基底和氧化钴的复合作用有关。但是，这种方法，选用的基底材料昂贵，制备过程繁琐并成本高昂。

在文献Electrochimica Acta,2014,120,314-318中，Yingyi Fu等人以导电玻璃作为基底材料，采用离子注入的方法制备了金纳米颗粒与导电玻璃的复合电极，通过对碱性底液中葡萄糖含量的定量分析，衡量做制备复合材料的电催化性能。这种复合电极基底材料便宜，制备过程也相对简便，但复合电极的电催化性能却只能达到中等水平。

发明内容

本发明的目的是提供一种水滑石碳纸复合材料的制备方法，并将其直接应用于电化学无酶传感器的工作电极，具有高灵敏度，使用灵活的特点。

本发明所述的水滑石碳纸复合材料是以碳纸为基底材料，先在碳纸表面沉积AlOOH薄层，再经过原位生长的方法，在碳纸表面生长出多孔水滑石薄膜；所述的多孔水滑石薄膜由垂直于碳纸表面的水滑石片组成，多孔水滑石薄膜的厚度范围是0.1-1μm，水滑石片之间的水平距离为5-300nm；所述的水滑石片是由二价金属阳离子、铝离子和氢氧根以共价键构成八面体，通过共边形成片状结构，水滑石片的厚度范围是5-35nm，径向尺寸范围是10-300nm。

所述的水滑石片的化学组成为[M²⁺_1-βAl³⁺_β(OH)₂]^β+；M²⁺代表二价金属阳离子Ni²⁺、Co²⁺中的一种，较佳的为Ni²⁺；1-β和β分别为二价金属阳离子、Al³⁺的物质的量分数，且0.2≤β≤0.4；β⁺为水滑石片所带正电荷量。

本发明所述的水滑石碳纸复合材料的制备方法为：

1)将碳纸依次浸入乙醇、丙酮、二次水中分别超声清洗15-30分钟，在常温下自然晾干；

2)然后将碳纸浸入到AlOOH胶体溶液中，5-15分钟后取出，用N₂吹干，完成一层AlOOH的沉积；

3)重复步骤2)操作5-60次，在碳纸表面沉积不同厚度的AlOOH薄层；

4)将表面沉积AlOOH薄层的碳纸浸入到反应底液中，密封，升温到65-95℃，16-36小时后取出，乙醇淋洗，50-60℃干燥，即得水滑石碳纸复合材料。

所述的AlOOH胶体溶液的制备方法为：