[发明专利]一种基于富勒烯的血红蛋白电化学传感器件的制备方法及电催化应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于富勒烯的血红蛋白电化学传感器件的制备及电催化应用。

背景技术

生物传感器是将酶、蛋白质、DNA等生物物质作为敏感基元，通过各种物理化学信号转换器记录待测目标物与敏感基元之间特异性反应所产生的与目标浓度成比例关系的可测信号，实现目标物定性定量检测的分析装置。电化学生物传感器不仅具有生物组分所特有的专属反应性和高选择性，而且具备电化学分析的高灵敏度与高选择性，可以实现复杂样品的直接测定。血红蛋白(Hb)是蛋白质直接电化学中研究最多的物质之一，它在血液中担负着储存和运输氧的重要任务，由于其结构中存在铁卟啉，能与氧分子可逆结合，因此被认为是研究血红素类蛋白质直接电子转移以及生物传感和电催化的理想模型分子。本发明的关键是找到一种具有大比表面积，良好生物相容性和能够加速Hb与电极间的电子转移的功能材料，并应用于电化学生物传感器的设计。

纳米材料具有比表面积大、表面反应活性高、催化效率高、吸附能力强等独特的物理和化学性质，富勒烯(C₆₀)是由碳原子组成的类似足球形状的32面体，包括12个不相连的正五边形和20个正六边形，具有稳定的结构和较高的导电率。其丰富的电子和独特的空间结构，使其具有超导、耐高压、抗化学腐蚀等许多特殊的优异性能，在光、电、磁以及新材料等领域具有潜在应用前景，同时也为电化学生物传感器的研究提供了新途径。

离子液体碳糊电极是将石墨粉、憎水性粘合剂和离子液体混合，填充于电极管中制成的一类具有灵敏度高、导电率高、电化学窗口宽、无毒易制作、成本低廉、表面易更新等优点的一类碳电极，已在电化学分析中得到较多应用。

本发明采用分层滴涂法，在制备的离子液体碳糊电极(CILE)表面，依次负载C₆₀纳米材料和Hb，最后用Nafion固定制得了相应的Hb修饰电极(Nafion/Hb/C₆₀/CILE)。采用不同的电化学方法对该修饰电极进行表征，求解相关电化学参数，并将该修饰电极成功应用于NaNO₂和H₂O₂含量的快速测定。

发明内容

本发明涉及一种基于富勒烯的血红蛋白电化学传感器件Nafion/血红蛋白/富勒烯/离子液体碳糊电极(Nafion/Hb/C₆₀/CILE)的制备方法和电催化应用。

一种Nafion/血红蛋白/富勒烯/离子液体碳糊电极的制备方法，其特征在于以下步骤：

(1) 离子液体碳糊电极(CILE)的制备：称取质量比为2:1的石墨粉和离子液体HPPF₆，置于研钵中混合并研磨均匀，将研磨好的混合物填入玻璃电极管中，插入铜丝作为导线，将固体混合物压实，即得CILE，使用时将电极表面打磨成镜面；

(2) Nafion/Hb/C₆₀/CILE电极的制备：分别配制一定浓度的Hb和C₆₀水溶液，取4~8 μL C₆₀溶液滴涂在CILE表面，室温自然晾干后，在电极表面继续滴涂4~8 μL Hb溶液，室温自然晾干后，再滴涂4~8 μL 0.5% Nafion以固定Hb，室温自然晾干后，即得修饰电极Nafion/Hb/C₆₀/CILE；

(3) 修饰电极(Nafion/Hb/C₆₀/CILE)可应用于亚硝酸钠(NaNO₂)和双氧水(H₂O₂)的电化学检测，实施方法如下：以CHI 604E型电化学工作站为测试仪器，修饰电极(Nafion/Hb/C₆₀/CILE)为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂电极为对电极组成三电极系统；电化学测定时，三电极系统置于经30分钟通氮除氧的0.1 mol/L pH=3.0 磷酸盐缓冲溶液(PBS)中；研究NaNO₂和H₂O₂在修饰电极(Nafion/Hb/C₆₀/CILE)上的电化学行为时，循环伏安扫描窗口分别设置为+0.3V~-1.0V (vs. SCE)和+0.2V~-1.0V (vs. SCE)，扫描速度均为100 mV/s。实验结果表明该修饰电极对NaNO₂和H₂O₂均有较强的电催化作用，检测限分别为0.05 mmol/L和0.33 mmol/L。