[发明专利]一种pH值刺激响应柔性葡萄糖氧化酶电极及构筑方法

说明书

本发明涉及一种pH值刺激响应柔性葡萄糖氧化酶电极及构筑方法，在沉积有纳米金颗粒的泡沫镍电极表面通过共价键结合固定葡萄糖氧化酶，然后通过酰胺反应在电极上修饰SI‑eATRP引发剂，再通过SI‑eATRP聚合pH敏感的单体，得到具有pH值刺激响应、循环稳定性优异的柔性葡萄糖氧化酶电极。本发明采用共价键固定酶的方法能够较好地满足其电极稳定性；将巯基偶联剂的氨基以及酶蛋白质外壳带有的氨基通过酰胺反应修饰成SI‑eATRP引发剂，选择pH刺激响应单体，在酶电极表面通过SI‑eATRP共聚，制备的刺激响应酶电极具有良好的“开/关”性能及优良的循环稳定性，该电极在5次“开/关”循环中，催化峰电流下降18.6％，稳定性良好。

技术领域

本发明属于柔性刺激响应酶电极的制备技术领域，涉及一种pH值刺激响应柔性葡萄糖氧化酶电极及构筑方法，具体涉及一种电介导表面引发原子转移自由基聚合制备pH值刺激响应聚合物刷修饰酶电极的方法。

背景技术

酶生物电极是以生物活性酶代替贵金属催化剂构筑的电极。该电极可在生理体液环境下催化底物进行氧化-还原反应，并将其得失电子转换成电信号输出。以该电极构筑的电池即为酶生物燃料电池(EBFC)，这类电池是目前最具潜力的可用于植入体内小型医疗器械的绿色、可再生微型燃料电池。从理论上讲，以葡萄糖与氧气组成的酶生物燃料电池可以为心脏起搏器、神经刺激器、植入体内的生物传感器、医疗诊断装置等提供持续不断的电能，所以成为这一领域研究者关注的焦点。

作为植入体内的医疗器械，如果能对活体生理体液的物理、化学变化做出刺激响应，则可以使其装配的医疗装置具有自动依靠体内刺激(如温度或pH值)作为刺激信号输入，具有响应性的电极在输入信号的刺激下表现出“开/关”行为，从而控制传感系统“智能”感知、给药系统给药等，达到对病情的诊断、治疗等。

但是，目前研究的可“开/关”功能酶生物燃料电池还仅仅是一种概念性电池。一方面，是因为目前的酶电极本身载酶量低、电子传递效率低、酶易脱落，以此构建的酶燃料电池不可避免地存在开路电压低、功率密度低、稳定性差等应用瓶颈问题。另一方面，响应性酶电极的电化学响应性一般依靠电极表面具有刺激响应性聚合物实现，电子转移效率也因此降低；除此之外，刺激响应聚合物修饰电极多为滴涂法，由此制备的响应层与电极的相互作用较小，在使用过程中易脱落，导致电极的“开/关”功能性衰减严重、“开/关”效果较差。要解决这些问题，就要选择一种比表面积大、可载酶量大、生物相容性好的柔性电极基底；同时，也要选择合适的聚合方法。电介导表面引发原子转移自由基聚合是指用电化学方法进行表面修饰的聚合反应。相较于传统的聚合方法，电介导表面引发原子转移自由基聚合为反应提供了新的可控制因素(电流或电位)，具有操作简单、重现性好等特点。而在水相体系中进行的电介导表面引发原子转移自由基聚合能够在有效保护酶分子活性的同时在电极表面修饰刺激响应聚合物，从而制备出电化学性能良好的刺激响应酶电极。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种pH值刺激响应柔性葡萄糖氧化酶电极及构筑方法，在柔性泡沫镍导电基底上电沉积金纳米粒子，以共价键结合的方式固定葡萄糖氧化酶，在电极表面修饰原子转移自由基聚合引发剂，利用电介导表面引发原子转移自由基聚合来获得pH值刺激响应聚合物刷修饰的柔性酶电极，为构建可“开/关”酶电池奠定基础。得到一种电介导表面引发原子转移自由基聚合制备刺激响应聚合物刷修饰电极，获得pH值刺激响应酶电极的方法。

技术方案

一种pH值刺激响应柔性葡萄糖氧化酶电极，其特征在于包括沉积有纳米金颗粒的泡沫镍电极、葡萄糖氧化酶、SI-eATRP引发剂和pH敏感的单体；在沉积有纳米金颗粒的泡沫镍电极设有通过共价键结合固定的葡萄糖氧化酶，葡萄糖氧化酶上设有通过酰胺反应在电极上修饰的SI-eATRP引发剂，SI-eATRP引发剂上设有通过SI-eATRP聚合的pH敏感的单体，构成具有pH刺激响应、循环稳定性优异的柔性葡萄糖氧化酶电极。