[发明专利]一种酪氨酸酶电化学生物传感器及其制备、应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学生物传感器技术领域，尤其涉及一种酪氨酸酶电化学生物传感器及其制备、应用方法。

背景技术

酚类化合物是环境中广泛存在的一类有机污染物，主要来自化工、医药、炼焦等工业排放及农药降解，威胁人类用水安全。随着人们对环境安全意识的逐步提高，迫切要求快速准确地测量地表水及饮用水的安全状况。目前对于酚类有机污染物的主要测定方法有色谱法、紫外分光光度法、流动注射分析法等。但这些方法都存在着仪器昂贵、样品预处理、操作过程复杂、分析周期长以及对工作人员的操作水平要求高等缺点，难以实现产业化，无法满足环境中酚类化合物的准确快速检测的要求。

生物传感器是基于生物组分对底物进行专一的识别，通过信号传导器将产生的信号以光、电等形式传递出来，通过信号大小定量检测底物的一项新技术。因其具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、在复杂的体系中进行在线连续监测，特别是它的高度自动化、微型化与集成化的特点，使其在近几十年获得蓬勃而迅速的发展。生物传感器技术已经成为一个非常活跃的工程技术研究领域，它在国民经济的各个部门如食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面有广泛的应用前景。

酪氨酸酶生物传感器因其灵敏度高、分析速率快、选择性好等优点,已被广泛用于酚类化合物的检测；如图4所示，是酪氨酸酶电化学生物传感器与酚类化合物的反应原理图。如图5所示，是酪氨酸酶对单酚化合物及双酚化合物的催化循环示意图。但酪氨酸酶是一种具有生物催化活性的蛋白质，在生物体外容易失去活性，在生物传感器应用中，生物酶需要被固定在一个基板上以实现直接电子传递或者增大表面积以达到效率放大作用。利用各种固定方法将生物敏感元件固定于基板表面并保持活性是生物传感器发展的重要方向。现有的酪氨酸酶传感器普遍存在的问题是制备方法复杂、成本高、操作和存储稳定性不够高等。

经查阅相关专利文献，公开号为102854233A的中国专利公开了一种“基于修饰电极的酪氨酸酶生物传感器及其制备方法和应用”，通过在玻碳电极表面沉积纳米金粒子，之后吸附L-赖氨酸薄膜，在L-赖氨酸薄膜上加载有序介孔碳载纳米金，最后吸附酪氨酸酶。其制备过程中所使用的纳米金材料昂贵，制备过程复杂，并且酪氨酸酶的用量为0.05mg/μL-0.1mg/μL，酪氨酸酶用量大，生产成本很高。公开号为102928488A的中国专利公开了一种“酶电化学生物传感器检测水体环境中酚类化合物的方法”，利用亲水性离子液体与介孔碳制备复合材料，再将酪氨酸酶加入到复合材料中制备酪氨酸酶工作电极。介孔碳材料的制备过程复杂，需要使用浓硫酸，并且制备过程中需要升温750-950度，使用有机溶剂，易造成环境污染，酪氨酸酶的用量为2.5-20mg/mL，生产成本较高。公开号为103278541A的中国专利公开了一种“用于检测双酚A的电化学生物传感器及其制备方法和应用”，使用石墨烯/金复合物以及壳聚糖来修饰固定酪氨酸酶电极，使用的金及生物材料价格昂贵，需要多种有机及无机试剂，并且使用酪氨酸酶的浓度高达4.5mg/mL。

发明内容

本发明提供了一种酪氨酸酶电化学生物传感器及其制备、应用方法，所述酪氨酸酶电化学生物传感器具有选择性好、催化活性高、反应速度快、检测范围宽、检测下限低、操作稳定性及储存稳定性好等优点，可用于对多种酚类化合物进行定量分析；其制备方法简单、成本低廉、适用于在线检测，易于应用在实际工业及环境检测。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种酪氨酸酶电化学生物传感器，包括对电极、参比电极和工作电极；其特征在于，所述工作电极为下述三种电极中的一种：

1)表面修饰酪氨酸酶/三聚氯氰/氧化石墨烯的玻碳电极；

2)表面修饰酪氨酸酶/三聚氯氰/3-氨丙基三乙氧基硅烷的玻碳电极；

3)表面修饰酪氨酸酶/三聚氯氰的碳毡电极。

所述表面修饰酪氨酸酶/三聚氯氰/氧化石墨烯的玻碳电极是在玻碳电极的检测端滴涂氧化石墨烯的甲苯溶液，制备氧化石墨烯修饰的玻碳电极；再将氧化石墨烯修饰的玻碳电极表面滴涂三聚氯氰的甲苯溶液，制备三聚氯氰/氧化石墨烯修饰的玻碳电极；最后将酪氨酸酶固定在三聚氯氰/氧化石墨烯修饰的玻碳电极上，制备得到修饰酪氨酸酶/三聚氯氰/氧化石墨烯的玻碳电极。