[发明专利]一种基于石墨烯衍生物的葡萄糖氧化酶电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学分析检测技术领域，具体涉及一种基于石墨烯衍生物的葡萄糖氧化酶电极及其制备方法。

背景技术

糖尿病是一种由于胰岛素缺乏所致的以高血糖为特征的代谢性疾病，是导致死亡和伤残的原因之一。诊断和控制糖尿病需要随时监测血液中的葡萄糖水平，因此成千上万的糖尿病患者需每天检测血糖。如何进行可靠、密切地血糖控制仍旧是一个值得研究的课题。其中，在血糖监测中，葡萄糖电化学生物传感器起着重要的作用，而以电极上固定葡萄糖氧化酶为基础的电流型酶电极被广泛应用于葡萄糖电化学生物传感器的研究中。

近年来葡萄糖检测已经从人工肉眼观察化学反应的阶段逐步发展为自动化设备监测，运用电化学反应测定血糖，快速灵敏，已经成为研究和应用的一大趋势。葡萄糖氧化酶检测葡萄糖具有极高特异性，将葡萄糖氧化酶固定在电极表面，运用电化学方法将生物化学反应信号转化为电信号，能够提高检测的灵敏度及准确度。现有的葡萄糖氧化酶电极在酶的固定、重复利用及检测灵敏度方面有待改进。Juan Tian等人直接利用氧化石墨烯构建电极来进行信号放大，然而氧化石墨烯在水中溶解度较高，在水体系检测中，电极的重复利用度低，此外氧化石墨烯的导电性较差(Tian J,Yuan P X,Shan D,et al.Biosensing platform based on graphene oxide via self-assembly induced by synergic interactions[J].Analytical biochemistry,2014,460:16-21.)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备方法简便、检测限低、灵敏度高、酶结合强度高的基于石墨烯衍生物的葡萄糖氧化酶电极及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于石墨烯衍生物的葡萄糖氧化酶电极，该电极依次由导电电极基底、石墨烯衍生物/多巴胺复合层、聚多巴胺层、纳米金阵列、4-巯基苯硼酸(MPBA)层、和葡萄糖氧化酶层组成，所述的石墨烯衍生物/多巴胺复合层为多巴胺与氧化石墨烯混合后，多巴胺与部分氧化石墨烯发生氧化还原反应后的混合物。

所述导电电极基底选自碳基电极基底、导电金属电极基底或半导体电极基底。

本发明的葡萄糖氧化酶电极运用纳米材料层层放大信号，降低检测限，提高了检测灵敏度；在氧化石墨烯的基础上引入还原型氧化石墨烯，提高了疏水性且增强了电极的导电性；利用MPBA一端的巯基与纳米金结合，同时另一端的羟基捕捉葡萄糖氧化酶，在不影响灵敏度的情况下显著提高了结合强度。

本发明还提供上述葡萄糖氧化酶电极的制备方法，具体步骤如下：首先将等质量的盐酸多巴胺和氧化石墨烯溶于pH值为8.5的Tris-HCl缓冲液中，分散均匀后反应，然后离心清洗、干燥即得石墨烯衍生物/多巴胺复合物，再将复合物溶解制备成石墨烯衍生物/多巴胺复合物溶液，并采用石墨烯衍生物/多巴胺复合物溶液修饰导电电极基底，之后采用电化学法在电极表面电聚合多巴胺，再依次采用纳米金溶液和4-巯基苯硼酸溶液修饰电极，最后用葡萄糖氧化酶溶液修饰电极，即得所述的葡萄糖氧化酶电极。

所述的电化学法为以石墨烯衍生物/多巴胺复合物溶液修饰过的导电电极基底为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，铂电极为对电极，浓度为4mM、pH值为7.5的多巴胺磷酸缓冲溶液为电解液，利用电化学工作站的循环伏安扫描，在工作电极表面电聚合多巴胺。

所述的石墨烯衍生物/多巴胺复合物溶液的浓度为0.5～3mg/mL，4-巯基苯硼酸的浓度为1～10mM，葡萄糖氧化酶的浓度为10～12mg/mL。

进一步地，所述的石墨烯衍生物/多巴胺复合物溶液的浓度优选为1～2mg/mL。

进一步地，4-巯基苯硼酸的浓度优选为5～8mM。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)电极制备过程简单快速；(2)该体系用多层纳米材料对信号进行层层放大，得到的葡萄糖氧化酶电极对葡萄糖有高检测灵敏度及宽线性检测范围，检测速度快；(3)利用还原型氧化石墨烯，提高了疏水性且增强了电极的导电性，利于电极的重复利用；(4)MPBA分别与纳米金及葡萄糖氧化酶稳固结合，在不影响灵敏度的情况下显著提高了结合强度，具有良好的稳定性。

附图说明

图1为本发明的基于石墨烯衍生物的葡萄糖氧化酶电极的构建过程示意图。

图2为实施例1制备得到的纳米金的紫外光谱表征图。