殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極及其製備方法

2023-05-16 15:31:46

殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極的製備方法，包括有以下步驟：1)將殼聚糖溶於稀酸溶液中，得到溶液A；2)向溶液A中加入氧化石墨烯，超聲分得到溶液B；3)向溶液B中加入離子液體，攪拌，得到溶液C；4)向溶液C中加入酶，超聲，得到溶液D；5)將工作電極置於溶液D中，進行恆電位沉積，即得。本發明有以下顯著特點：1)製備工藝簡便，成本低；2)複合膜的配比與厚度可以通過恆電位沉積方法與反應物用量來控制；3)殼聚糖來源豐富，具有良好的生物相容性，是優良的酶固定載體，而且離子液體與石墨烯的加入，使得連接酶的氧化還原中心與電極表面之間的良好電子傳輸通道，並使酶保持較好的生物活性。
【專利說明】殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於修飾電極的製備領域，具體涉及一種殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極的製備方法。
【背景技術】
[0002]殼聚糖作為一種取之不盡、用之不竭的可再生資源，是甲殼質經過部分脫乙醯反應的產品，它是通過β-1，4糖苷鍵連接起來的直鏈多糖，其化學結構為帶有氨基的鹼性多糖聚合物。殼聚糖具有良好的生物相容性好與獨特的生物活化功能，已被成功用於酶的固定化載體。離子液體作為一種綠色溶劑，與傳統的有機溶劑與電解質水溶液相比，具有非揮發性、良好的導電性、較寬的電化學窗口和選擇性溶解能力等優點，已在有機催化合成、電化學合成、生物化學等領域得到廣泛應用。近年來，人們發現許多酶在離子液體中具有良好的性能，有利於進行電化學和催化反應。石墨烯作為理想的二維碳基納米材料，由於其單原子層厚度與二位的平面結構，為其提供了極大的比表面積與優異的導電性。因此將石墨烯及其複合物作為修飾電極，構建電化學生物傳感器的研究引起了人們極大的關注。
[0003]修飾電極作為電化學生物傳感器中的重要部件，其製備方法對傳感器的性能有很大的影響。酶修飾電極製備過程的可控性對於得到響應快、靈敏度高、穩定性好、使用壽命長的傳感器至關重要。但目前常用的酶修飾電極製備中，需要將通過化學方法製備的複合材料重新分散在水中，再滴塗到電極表面，滴塗法耗時較多，所得膜的分散性差，塗層粗糙，厚度難以精確控制，導致修飾電極的綜合性能下降。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在於提供一種殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極及其製備方法，將石墨烯的陰極還原與殼聚糖的電沉積電相結合，一步法得到了殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極，與目前常用的酶修飾電極製備方法相比，製備條件簡便，工藝簡單。
[0005]本發明解決上述技術問題所採用的技術方案是:殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極，其為以下製備方法得到的產物，包括有以下步驟:
[0006]I)將殼聚糖溶於0.01-lmol/L稀酸溶液中，得到溶液Α，溶液A中殼聚糖的質量百分比濃度為0.5-5% ；
[0007]2)向溶液A中加入5_20mg氧化石墨烯，超聲分散1_2小時得到溶液B ；
[0008]3)向溶液B中加入離子液體，攪拌1-2小時，得到溶液C，離子液體質量為溶液B質量的1-5% ；
[0009]4)向溶液C中加入酶，超聲10-30分鐘，得到溶液D，酶在溶液D中的濃度為0.01-lmg/mL ；
[0010]5)將工作電極置於溶液D中，進行恆電位沉積，得到殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極。
[0011 ] 按上述方案，所述稀酸為鹽酸或醋酸。
[0012]按上述方案，所述離子液體為1- 丁基-3-甲基咪唑六氟化磷或1- 丁基-3-甲基咪唑四氟化硼。
[0013]按上述方案，所述工作電極為金、鉬、玻碳或氧化銦錫導電玻璃。
[0014]按上述方案，所述恆電位沉積的電位為-0.5?-2V ;所述恆電位沉積的時間為1-10分鐘。
[0015]按上述方案，所述的酶為過氧化物酶、乳酸氧化酶、脂肪酶或膽固醇氧化酶。
[0016]本發明有以下顯著特點:1)將石墨烯的陰極還原與殼聚糖的電沉積電相結合，一步法得到複合膜修飾電極，複合膜修飾電極的製備工藝簡便，成本低；2)複合膜的的配比與厚度可以通過恆電位沉積方法與反應物用量來控制；3)殼聚糖來源豐富，具有良好的生物相容性，是優良的酶固定載體，而且離子液體與石墨烯的加入，使得連接酶的氧化還原中心與電極表面之間的良好電子傳輸通道，並使酶保持較好的生物活性。
【具體實施方式】
[0017]為了更好的理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限於下面的實施例。
[0018]實施例1:
[0019]I)將殼聚糖溶於0.lmol/L稀鹽酸溶液中，得到溶液A，溶液A中殼聚糖的質量百分比濃度為0.5% ；
[0020]2)向溶液A中加入5mg氧化石墨烯，超聲分散I小時得到溶液B ；
[0021]3)向溶液B中加入1-丁基-3-甲基咪唑六氟化磷，攪拌I小時，得到溶液C，離子液體質量為溶液B質量的2% ；
[0022]4)向溶液C中加入過氧化物酶，超聲10分鐘，得到溶液D，酶在溶液D中的濃度為
0.05mg/mL ；
[0023]5)將氧化銦錫導電玻璃電極置於溶液D中，進行恆電位沉積,沉積電位為-0.7V,沉積時間為2分鐘，得到殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極，
[0024]6)得到的殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極對於過氧化氫濃度在3.2 XlfT4-1.5X10_3mol/L範圍內有良好的檢查效果。
[0025]實施例2:
[0026]I)將殼聚糖溶於0.5mol/L稀醋酸溶液中，得到溶液A，溶液A中殼聚糖的質量百分比濃度為1% ；
[0027]2)向溶液A中加入1mg氧化石墨烯，超聲分散I小時得到溶液B ；
[0028]3)向溶液B中加入1- 丁基-3-甲基咪唑六氟化磷，攪拌2小時，得到溶液C，離子液體質量為溶液B質量的I% ；
[0029]4)向溶液C中加入脂肪酶，超聲20分鐘，得到溶液D，酶在溶液D中的濃度為0.lmg/mL ；
[0030]5)將金電極置於溶液D中，進行恆電位沉積，沉積電位為-1V，沉積時間為5分鐘，得到殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極，[0031 ] 6)得到的殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極對於二油酸甘油酯濃度在3.0X 10_6-2X 10_4mg/mL範圍內有良好的檢查效果。
[0032]實施例3:
[0033]I)將殼聚糖溶於0.5mol/L稀鹽酸溶液中，得到溶液A，溶液A中殼聚糖的質量百分比濃度為2% ；
[0034]2)向溶液A中加入1mg氧化石墨烯，超聲分散2小時得到溶液B ；
[0035]3)向溶液B中加入為1-丁基-3-甲基咪唑六氟化磷，攪拌I小時，得到溶液C，離子液體質量為溶液B質量的3% ；
[0036]4)向溶液C中加入膽固醇氧化酶，超聲30分鐘，得到溶液D，酶在溶液D中的濃度為 0.lmg/mL ；
[0037]5)將鉬電極置於溶液D中，進行恆電位沉積，沉積電位為-1.2V，沉積時間為4分鐘，得到殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極，
[0038]6)得到的殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極對於膽固醇濃度在
2.0X 10_5-3X 10_4mol/L範圍內有良好的檢查效果。
[0039]實施例4:
[0040]I)將殼聚糖溶於lmol/L稀醋酸溶液中，得到溶液A，溶液A中殼聚糖的質量百分比濃度為1% ；
[0041]2)向溶液A中加入5mg氧化石墨烯，超聲分散I小時得到溶液B ；
[0042]3)向溶液B中加入1-丁基-3-甲基咪唑四氟化硼，攪拌I小時，得到溶液C，離子液體質量為溶液B質量的5% ；
[0043]4)向溶液C中加入乳酸氧化酶，超聲15分鐘，得到溶液D，酶在溶液D中的濃度為
0.3mg/mL ；
[0044]5)將玻碳電極置於溶液D中，進行恆電位沉積，沉積電位為-1.1V，沉積時間為6分鐘，得到殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極，
[0045]6)得到的殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極對於乳酸濃度在
1.0X10-4-9Xl(T3mol/L範圍內有良好的檢查效果。
[0046]實施例5:
[0047]I)將殼聚糖溶於0.7mol/L稀鹽酸溶液中，得到溶液A，溶液A中殼聚糖的質量百分比濃度為3% ；
[0048]2)向溶液A中加入15mg氧化石墨烯，超聲分散2小時得到溶液B ；
[0049]3)向溶液B中加入1-丁基-3-甲基咪唑四氟化硼，攪拌I小時，得到溶液C，離子液體質量為溶液B質量的3% ；
[0050]4)向溶液C中加入脂肪酶，超聲10分鐘，得到溶液D，酶在溶液D中的濃度為0.2mg/mL ；
[0051]5)將玻碳電極置於溶液D中，進行恆電位沉積，沉積電位為-1.6V，沉積時間為2分鐘，得到殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極，
[0052]6)得到的殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極對於二油酸甘油酯濃度在2.0X 10_6-1.0X 10_4mg/mL範圍內有良好的檢查效果。
[0053]實施例6:[0054]1)將殼聚糖溶於0.8mol/L稀醋酸溶液中，得到溶液A，溶液A中殼聚糖的質量百分比濃度為1% ；
[0055]2)向溶液A中加入1mg氧化石墨烯，超聲分散I小時得到溶液B ；
[0056]3)向溶液B中加入1- 丁基-3-甲基咪唑四氟化硼，攪拌2小時，得到溶液C，離子液體質量為溶液B質量的5% ；
[0057]4)向溶液C中加入過氧化物酶，超聲15分鐘，得到溶液D，酶在溶液D中的濃度為0.3mg/mL ；
[0058]5)將金電極置於溶液D中，進行恆電位沉積，沉積電位為-0.8V，沉積時間為8分鐘，得到殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極，
[0059]6)得到的殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極對於過氧化氫濃度在
2.0X 10-4-1.0X 10_3mol/L範圍內有良好的檢查效果。
[0060] 本發明所列舉的各原料都能實現本發明，以及各原料的上下限取值、區間值都能實現本發明；在此不一一列舉實施例。本發明的工藝參數的上下限取值、區間值都能實現本發明，在此不列舉實施例。
【權利要求】
1.殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極，其為以下製備方法得到的產物，包括有以下步驟: 1)將殼聚糖溶於0.01-lmol/L稀酸溶液中，得到溶液A，溶液A中殼聚糖的質量百分比濃度為0.5-5% ； 2)向溶液A中加入5-20mg氧化石墨烯，超聲分散1_2小時得到溶液B； 3)向溶液B中加入離子液體，攪拌1-2小時，得到溶液C，離子液體質量為溶液B質量的 1-5% ； 4)向溶液C中加入酶，超聲10-30分鐘，得到溶液D，酶在溶液D中的濃度為0.01-1mg/mL ； 5)將工作電極置於溶液D中，進行恆電位沉積，得到殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極。
2.根據權利要求1所述的殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極，其特徵在於:所述稀酸為鹽酸或醋酸。
3.根據權利要求1所述的殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極，其特徵在於:所述離子液體 為1- 丁基-3-甲基咪唑六氟化磷或1- 丁基-3-甲基咪唑四氟化硼。
4.根據權利要求1所述的殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極，其特徵在於:所述工作電極為金、鉬、玻碳或氧化銦錫導電玻璃。
5.根據權利要求1所述的殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極，其特徵在於:所述恆電位沉積的電位為-0.5~-2V ;所述恆電位沉積的時間為1-10分鐘。
6.根據權利要求1所述的殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極，其特徵在於:所述的酶為過氧化物酶、乳酸氧化酶、脂肪酶或膽固醇氧化酶。
7.權利要求1所述的殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極的製備方法，包括有以下步驟: 1)將殼聚糖溶於0.01-lmol/L稀酸溶液中，得到溶液A，溶液A中殼聚糖的質量百分比濃度為0.5-5% ； 2)向溶液A中加入5-20mg氧化石墨烯，超聲分散1_2小時得到溶液B； 3)向溶液B中加入離子液體，攪拌1-2小時，得到溶液C，離子液體質量為溶液B質量的 1-5% ； 4)向溶液C中加入酶，超聲10-30分鐘，得到溶液D，酶在溶液D中的濃度為0.01-1mg/mL ； 5)將工作電極置於溶液D中，進行恆電位沉積，得到殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極。
8.根據權利要求7所述的殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極的製備方法，其特徵在於:所述稀酸為鹽酸或醋酸。
9.根據權利要求7所述的殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極的製備方法，其特徵在於:所述離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑六氟化磷或1-丁基-3-甲基咪唑四氟化硼。
10.根據權利要求7所述的殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極的製備方法，其特徵在於:所述工作電極為金、鉬、玻碳或氧化銦錫導電玻璃。
11.根據權利要求7所述的殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極的製備方法，其特徵在於:所述恆電位沉積的電位為-0.5~-2V ;所述恆電位沉積的時間為1-10分鐘。
12.根據權利要求7所述的殼聚糖-離子液體-石墨烯-酶複合膜修飾電極的製備方法，其特徵在於:所 述的酶為過氧化物酶、乳酸氧化酶、脂肪酶或膽固醇氧化酶。
【文檔編號】G01N27/333GK104034778SQ201410272483
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月18日 優先權日:2014年6月18日
【發明者】李亮, 庹鑫, 孫配雷, 喻湘華, 吳豔光, 穆海梅 申請人:武漢工程大學