[发明专利]一种新型基于MOFs复合材料的电化学酶传感器的制备与应用

说明书

本发明提供了HKUST‑1(Cu‑MOFs)在制备蛋白质传感器用电极中的应用。分别称取不同比例的HKUST‑1和N‑掺杂石墨烯(N‑GR)，加入10 mL超纯水，超声分散，得到HKUST‑1 N‑GR悬浮液；移取6μL HKUST‑1 N‑GR悬浮液滴涂于CILE，静置晾干，得到HKUST‑1 NGR/CILE；移取8μL 15mg/mL Mb溶液滴涂在电极上，静置晾干，得到Mb/HKUST‑1 NGR/CILE；移取6μL Nafion乙醇溶液以同样方法滴加在电极上，使Mb/HKUST‑1 NGR/CILE更稳定，静置晾干制得Nafion/Mb/HKUST‑1 NGR/CILE工作电极。该电极在检测样品中三氯乙酸浓度中的应用，其特征在于，其浓度在5~460mmol/L范围内，峰电流与浓度呈现良好线性关系，检测限为1.67mmol/L（3σ）；用同样的方法检测亚硝酸盐的浓度，计算检测限。

技术领域

本发明涉及新材料及电化学生物传感器技术领域，具体涉及一种基于金属有机骨架材料(MOFs)复合材料在制备蛋白质电化学酶传感器用电极中的应用。

背景技术

电化学酶传感器是由生物酶膜与各种电极如离子选择电极、气敏电极、氧化还原电极等组合而成，或者将酶膜直接固定在基体电极上制成的生物传感器。电化学酶传感器由于具备高灵敏度和选择性、快速响应、低成本等良好的性能，成为一类检测分析的工具，其应用包括临床、制药、食品、环境和军事等不同领域。

金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)是由金属离子或金属氧化物与有机配体结合形成的具有高比表面积和高度有序孔道结构的无机-有机杂化多孔材料。铜金属-有机骨架材料(CuMOF)是一种以铜离子为连接点构筑的一种MOFs材料，本发明选用的是CuBTC，它是Cu²⁺与均苯三甲酸(H₃BTC)配体形成的一种MOFs材料。其具有八面体结构，晶粒大小为2～20 μｍ，相比其他MOFs材料，CuBTC具有大的比表面积、骨架结构稳定、较高的孔隙率、具有功能化的不饱和位点等特点，在气体吸附、分离、催化等方面有较多的应用。

化学掺杂是改进材料特性的一种有效的方法。近年来氮掺杂石墨烯(NGR)已广泛应用于电化学研究，氮原子的存在可以使氮孤对电子与石墨烯(GR)的π轨道共扼，进而表现出优良的电子和机械性能。氮原子被引入到GR晶格后，可以改变GR的能带结构，改变氮掺杂量还能调控其半导体特性，有效拓展GR在微电子等领域的应用。同时理论研究还表明，氮原子的掺杂还能改变GR的电负性，使氮原子周围的碳原子带有的正电荷增多，从而有利于氧的吸附与活化，可促进氧的还原。除此之外，氮掺杂还使GR具有更高的电化学稳定性及电催化活性，在比电容和储氢性能方面都有极佳的表现。NGR因其优异的性能在锂离子电池、超级电容器、燃料电池、场效应晶体管、传感器等领域具有广泛的应用前景。

肌红蛋白(Mb, Myoglobin)由一条153个氨基酸组成的肽链(珠蛋白)和一个血红素(Heme)辅基组成，其生理功能为氧气的储存和运输，其本身并不具有催化功能。Mb是第一个被X射线技术阐明三维结构的蛋白质，与其他血红素蛋白相比，Mb具有表达量高、稳定性优异、易于纯化等优点，常被研究者们作为模型蛋白来阐明其它血红素蛋白结构与功能的关系，并作为优异的框架材料开发具有新颖功能的蛋白质。

三氯乙酸(TCA)是四氯化碳新陈代谢的副产物。它的应用非常广泛，农业方面可用其制备芽前除草剂，医疗美容方面可做去皱剂、纹身剂，日常生活中也被用作饮用水的消毒剂，因此建立一种灵敏的测定TCA的方法是很有必要的。

亚硝酸盐是一类无机化合物的总称，存在于自然界中，如蔬菜和水中，是广泛存在的化学物质，也是水质污染的重要指标；在肉品加工制品中，它扮演着保色剂与防腐剂的角色。亚硝酸盐现已被公认为日常生活饮水中的一项主要污染物指标，该指标一定程度上反映了水中受到含氮类有机物污染的程度。对亚硝酸盐的定量和定性分析是目前很多科学工作者正在努力的方向。