CN103412021A - 功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极及其制备方法和应用 - Google Patents

功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极及其制备方法和应用。本发明的技术方案首先采用共沉淀法实现了离子液体-类水滑石复合材料对血红蛋白的固定,然后将所得血红蛋白-功能化离子液体-类水滑石生物复合材料配制成溶液滴涂在预处理过的玻碳电极表面,自然干燥后获得了功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极。本发明所得复合修饰电极,充分结合了功能化离子液体和层状无机材料在电极修饰材料方面的优势,使修饰电极具有更高的导电性、更好的分散性和对酶的固定能力。基于该修饰电极的过氧化氢电化学传感器具有操作简单、条件温和、检测限低、灵敏度高、线性范围宽等优点。

Description

功能化离子液体 - 类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极;本发明还涉及所述修饰电极的制备方法及其在电化学传感检测方面的应用。
背景技术
氧化还原蛋白质和酶等生物大分子的直接电化学研究,不仅能帮助人们深入认识生物***的电子传递机理,还能为开发新型生物传感器、新型生物燃料电池等提供重要的理论基础和技术支撑。然而它们的活性中心通常埋藏较深,在电极表面很难发生直接电化学,而且它们直接吸附在裸电极表面容易发生脱落变性。因此,寻找能保持酶的活性并促进直接电子传递的材料,已成为生物电化学传感领域研究的重要课题。近期研究表明,无机层状材料具有可调的开放片层结构,使其在机械、化学和热稳定性方面具有明显的优势,而且其纳米尺寸的效应赋予材料本身一些新功能(如导电性、光、电、磁等性能),因此在生物酶固定及促进电子传递方面表现出了比有机材料更加优越的性能。
类水滑(简写为LDH)是一类二维纳米阴离子粘土,组成通式可表示为[M1-x 2+Mx 3+(OH)2]x+(An-)x/n·mH2O,具有水滑石层状结构,片层带结构正电荷,层间存在可交换的阴离子。带负电荷的氨基酸、DNA、蛋白质、多肽和酶等生物分子可***LDH层间,形成生物分子-LDH纳米杂化物[詹天荣,侯万国.层状双金属氢氧化物在绿色材料领域中的应用.化学通报2010,73(7):608~615.]。目前,研究者已通过吸附、剥离重组、共沉淀、电沉积等软化学方法实现了生物酶在LDH上的固定,相应生物酶的直接电化学研究结果表明,LDH的纳米片层结构既保持了生物酶的活性,又促进了电子的传递。但LDH作为电极修饰材料固定酶时,由于其本身分散性差和易团聚问题,容易导致电极表面出现***、脆裂、甚至脱落等现象[Han E, Shan D, Xue H G, Cosnier S. Hybrid material based on chitosan and layered double hydroxides: characterization and application to the design of amperometric phenol biosensor. Biomacromolecules, 2007, 8: 971~975.]。
对LDH进行表面修饰不仅能提高其对三维生物大分子的插层能力,而且也是解决其作为电极修饰材料时分散性差和易团聚问题的有效方法。如DDS修饰后的LDH对血红蛋白酶(Hb)具有更好的固定性能,并提高了其电子传递能力;壳聚糖-LDH杂化物用于电极修饰材料,结果表明壳聚糖的存在克服了无机纳米材料易***和脆裂等缺陷,提高了酶的电催化性能,修饰电极对茶儿酚的检出限达到了0.36 nmol/L。采用共沉淀法制得的NiAl-LDH/CNT复合材料作为电极修饰材料时的分散稳定性,所得修饰电极的电催化性能比单纯的LDH或CNT修饰电极高八倍[Wang H, Xiang X, Li F. Facile synthesis and novel electrocatalytic performance of nanostructured Ni–Al layered double hydroxide/carbon nanotube composites. J. Mater. Chem.,2010 , 20: 3944~3952.]。由此可以看出,对LDH适当的表面修饰,可提高修饰材料在电极表面的分散性、稳定性和生物相容性,有利于改善其对生物分子的固定性能和界面电化学性能。
功能化离子液体(Functionalized Ionic Liquid,FIL)是指通过在阴离子或(和)阳离子部分引入结构功能性基团,而形成的一类具有特定物理、化学性能的离子液体,它除了具有常规离子液体(Ionic Liquid, IL)电化学窗口宽、导电性强、挥发性低、稳定性高等特点外,由于结构功能性基团的引入,还提供了更多的反应位点,为其修饰无机纳米材料创造了有利条件。目前,(功能化)离子液体改性纳米复合材料作修饰电极已在电化学传感领域得到了成功应用,如离子液体作与碳纳米管通过“cation-π”键的相互作用力结合形成的纳米复合材料中,离子液体改善了纳米复合材料的分散性,使碳纳米管的团聚和缠绕现象得到有效抑制,复合材料修饰电极表现出了优异的电化学性能[张旭志.基于碳纳米管及离子液体增敏效应的电化学生物传感器:研制、表征与应用.青岛科技大学博士学位论文,2009.];氨基功能化离子液体修饰石墨烯后,提高了后者的分散性能,所得复合修饰电极大大提高了葡萄糖氧化酶的直接电子传递[Shan, C.S.; Yang, H.F.; Song, J.F.; Han, D.X.; Ivaska, A.; Niu, L. Direct electrochemistry of glucose oxidase and biosensing for glucose based on graphene. Anal. Chem. 2009, 81, 2378-2382.];羧基功能化离子液体-LDH复合材料中离子液体的存在,为肌红蛋白(Mb)提供了生物相容性的微环境,有效提高了蛋白质的直接电化学与电催化性能[Zhan, T.; Guo, Y.; Xu, L.; Sun, W.; Hou, W. Direct electron transfer and electrocatalysis of myoglobin intercalated into Mg2Al-Cl layered double hydroxide (LDH) on carbon ionic liquid electrode. Talanta 2012, 94, 189-194.]。虽然功能化离子液体-无机纳米复合材料修饰电极的研究比较活跃,但多数是直接将功能化离子液体、无机纳米材料和生物酶直接物理混合后制备复合修饰电极的,目前并未见采用共沉淀法将蛋白质固定于功能化离子液体-LDH复合材料中制备的修饰电极及其在过氧化氢检测方面的报道。这里我们将采用共沉淀法将蛋白质固定于功能化离子液体-LDH复合材料后制备相应的生物修饰电极,并初步考查其过氧化氢的检测。
采用共沉淀法将蛋白质固定于功能化离子液体-LDH复合材料后制备相应的生物修饰电极,有利于充分结合功能化离子液体和层状无机材料在电极修饰材料方面的优势,弥补它们在这方面的缺陷,将为复合修饰电极提供更多的活性位点、更高的导电性、分散性以及对酶的固定能力,发挥两者的协同作用优势,从而提高生物分子在修饰电极的直接电化学和电催化性能,对建立新型的高灵敏电化学检测方法具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足以及本领域研究和应用的需求,本发明的目的之一是提供一种功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极;即采用共沉淀法将蛋白质固定于功能化离子液体-类水滑石复合材料中后制备的相应修饰电极。
本发明提供的一种功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极,其特征在于它包括基底电极层和功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白层,所述功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白层通过共沉淀法将蛋白质分子固定于功能化离子液体-类水滑石复合材料中;其中类水滑石是由带正电荷的层板和层间阴离子有序组装形成的双金属氢氧化物,金属阳离子与氢氧根通过共价键构成以金属阳离子为中心的正八面体,相邻八面体通过共用棱边形成相互平行的主体板层,结构类似于水镁石,其组成通式可表示为:
[M1-x 2+Mx 3+(OH)2]x+(An-)x/n·mH2O,
上式中M2+指二价金属阳离子,M3+指三价金属阳离子,A n -为层间可稳定存在的-n价阴离子,n为阴离子价数,x为每摩尔类水滑石中M3+的摩尔数(0.20≤x≤0.33),m为每摩尔类水滑石层间结晶水的摩尔数;
  所述功能化离子液体为1-甲基-3-羟丙基咪唑四氟硼酸盐(记为ILOH),其分子结构式如下:
Figure 482647DEST_PATH_IMAGE001
所述的一种功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极,其特征在于所述类水滑石为锌铝类水滑石,即其通式中M3+为Al3+,M2+为Zn2+,A n -为NO3 -;所述蛋白质分子为血红蛋白(记为Hb);所述基底电极为玻碳电极(记为GCE)。
本发明目的之二是提供一种功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极的制备方法,具体包括以下步骤:
(a) Hb在ILOH-LDH复合材料上的固定
将二价金属盐Zn(NO3)2和三价金属盐Al(NO3)3按一定摩尔比配成混合盐溶液,总金属离子浓度为0.6 mol/L,加入一定质量的Hb,再将ILOH按一定摩尔比加入混合盐溶液中,将上述混合溶液和碱性溶液同时滴定,控制pH在9.0~10.0之间,剧烈搅拌,室温下老化12~24小时;所得浆液抽滤,滤饼用蒸馏水洗涤3~5次,室温下干燥24小时,得负载有Hb的ILOH-LDH复合材料,经紫外光谱测定406 nm处的吸光值得知98%以上的血红蛋白被固定;
(b) 修饰液的配制
将步骤(a)中得到的负载有血红蛋白的复合材料Hb-ILOH-LDH配制成Hb含量为20 μg/μL的修饰液,备用;
(c) GCE的预处理
用常规抛光和打磨方法对GCE表面进行预处理,然后依次用1 mol/L的NaOH溶液、1 mol/L的HNO3溶液、丙酮和二次蒸馏水超声洗涤;
(d) 修饰电极的制备
将步骤(b)制得的修饰液滴涂在经步骤(c)预处理的电极表面,滴涂量为7 μL,静置,4℃冰箱过夜干燥,在玻碳电极表面形成一层Hb-ILOH-LDH膜,再在Hb-ILOH-LDH膜上滴涂浓度为1 mg/ml的壳聚糖醋酸溶液,形成一层壳聚糖膜,滴涂量为5 μL,自然干燥后得到Hb-ILOH-LDH/GCE修饰电极。
其中步骤(a)中所述二价金属盐Zn(NO3)2和三价金属盐Al(NO3)3的摩尔比为2:1;ILOH和二价金属盐Zn(NO3)2的摩尔比分别为1:2;Hb与LDH的质量比分别为0.05、0.25、0.5、1和2;所述碱性溶液为2 mol/L的氢氧化钠溶液。
一种功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极,该复合修饰电极是由上述任意一项方法制备的。
本发明目的之三是提供一种功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极在制备电化学传感器方面的应用。
具体地,所述功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极在过氧化氢检测方面的应用。
本发明利用类水滑石具有可插层阴离子的开放片层结构以及比表面积大等优点,通过共沉淀法将其与具有良好生物相容性和导电性的羟基功能化离子液体1-甲基-3-羟丙基咪唑四氟硼酸盐和血红蛋白进行复合,并制备功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极,以提高血红蛋白在复合修饰电极上的直接电子传递,构筑基于Hb-ILOH-LDH复合膜的第三代过氧化氢传感器。该生物传感器对于检测过氧化氢具有灵敏度高、检测限低和检测范围宽等优点。
本发明与现有技术相比,主要优点在于:采用共沉淀法将类水滑石与羟基功能化离子液体和血红蛋白进行复合,制备了功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极;本发明所得复合修饰电极兼发挥了功能化离子液体和类水滑石作为电极修饰材料方面的结构和性能优势,在提高血红蛋白直接电化学和电催化性能方面可发挥两种功能材料的协同优势作用;具体地,对血红蛋白直接电传递的作用产生了意料不到的技术效果,本发明所得复合修饰电极对血红蛋白直接电子传递作用无论是与类水滑石还是功能化离子液体相比,都具有明显的提高。本发明方法操作简单、条件温和、制备成本低。
附图说明
图1为实施例4 (d)、实施例4中对比例1 (a)、对比例2 (b)和对比例3 (c)所得修饰电极在0.05 mol/L的磷酸缓冲溶液中、扫速为0.1 V/s时的循环伏安图。
图2为实施例4 (d)、对比例1 (a)、对比例2 (b)和对比例3 (c)所得修饰电极在含有10.0 mmol/L [Fe(CN)6]−3/−4和0.1 mol/L KCl溶液中的电化学阻抗图。
图3为Hb (a)和实施例1~5所得负载有Hb的复合材料Hb-ILOH-LDH (b~f)的IR光谱图。。
图4为由实施例4所得的Hb-ILOH-LDH/GCE在氮气保护下,在0.1 mol/L的磷酸缓冲溶液(pH 7.0)中加入不同体积的过氧化氢的循环伏安曲线,扫速为100 mV/s,插图为还原峰电流与过氧化氢浓度的线性关系。
图5为由实施例4中对比例3所获得的Hb-LDH/GCE在氮气保护下,在0.1 mol/L的磷酸缓冲溶液(pH 7.0)中加入不同体积的过氧化氢的循环伏安曲线,扫速为100 mV/s,插图为还原峰电流与过氧化氢浓度的线性关系。
具体实施方式
为进一步理解本发明,下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明,但并不以任何方式限制本发明。
实施例 1
将二价金属盐Zn(NO3)2和三价金属盐Al(NO3)3按一定摩尔比2:1配成混合盐溶液,总金属离子浓度为0.6 mol/L,按质量比Hb:LDH为0.05的量加入Hb到混合盐溶液中,再将ILOH按其与二价金属盐Zn(NO3)2的摩尔比为1:2的量加入至混合盐溶液中,上述混合盐溶液与摩尔浓度为2 mol/L的氢氧化钠溶液同时滴定,控制pH在9.0~10.0之间,剧烈搅拌,室温下老化18小时;所得浆液抽滤,滤饼用蒸馏水洗涤5次,室温下干燥24小时,得负载有Hb的复合材料Hb-ILOH-LDH;将所得负载有血红蛋白的复合材料Hb-ILOH-LDH配制成Hb含量为20 μg/μL的修饰液,取7 μL滴涂在依次用1 mol/L的NaOH溶液、1 mol/L的HNO3溶液、丙酮和二次蒸馏水超声洗涤过的GCE表面,然后再在Hb-ILOH-LDH膜上滴涂浓度为1 mg/ml的壳聚糖醋酸溶液5 μL,自然干燥后得到Hb-ILOH-LDH/GCE修饰电极。
实施例 2
将二价金属盐Zn(NO3)2和三价金属盐Al(NO3)3按一定摩尔比2:1配成混合盐溶液,总金属离子浓度为0.6 mol/L,按质量比Hb:LDH为0.25的量加入Hb到混合盐溶液中,再将ILOH按其与二价金属盐Zn(NO3)2的摩尔比为1:2的量加入至混合盐溶液中,上述混合盐溶液与摩尔浓度为2 mol/L的氢氧化钠溶液同时滴定,控制pH在9.0~10.0之间,剧烈搅拌,室温下老化20小时;所得浆液抽滤,滤饼用蒸馏水洗涤5次,室温下干燥24小时,得负载有Hb的复合材料Hb-ILOH-LDH;将所得负载有血红蛋白的复合材料Hb-ILOH-LDH配制成Hb含量为20 μg/μL的修饰液,取7 μL滴涂在依次用1 mol/L的NaOH溶液、1 mol/L的HNO3溶液、丙酮和二次蒸馏水超声洗涤过的GCE表面,然后再在Hb-ILOH-LDH膜上滴涂浓度为1 mg/ml的壳聚糖醋酸溶液5 μL,自然干燥后得到Hb-ILOH-LDH/GCE修饰电极。
实施例 3
将二价金属盐Zn(NO3)2和三价金属盐Al(NO3)3按一定摩尔比2:1配成混合盐溶液,总金属离子浓度为0.6 mol/L,按质量比Hb:LDH为0.5的量加入Hb到混合盐溶液中,再将ILOH按其与二价金属盐Zn(NO3)2的摩尔比为1:2的量加入至混合盐溶液中,上述混合盐溶液与摩尔浓度为2 mol/L的氢氧化钠溶液同时滴定,控制pH在9.0~10.0之间,剧烈搅拌,室温下老化22小时;所得浆液抽滤,滤饼用蒸馏水洗涤5次,室温下干燥24小时,得负载有Hb的复合材料Hb-ILOH-LDH;将所得负载有血红蛋白的复合材料Hb-ILOH-LDH配制成Hb含量为20 μg/μL的修饰液,取7 μL滴涂在依次用1 mol/L的NaOH溶液、1 mol/L的HNO3溶液、丙酮和二次蒸馏水超声洗涤过的GCE表面,然后再在Hb-ILOH-LDH膜上滴涂浓度为1 mg/ml的壳聚糖醋酸溶液5 μL,自然干燥后得到Hb-ILOH-LDH/GCE修饰电极。
实施例 4
将二价金属盐Zn(NO3)2和三价金属盐Al(NO3)3按一定摩尔比2:1配成混合盐溶液,总金属离子浓度为0.6 mol/L,按质量比Hb:LDH为1的量加入Hb到混合盐溶液中,再将ILOH按其与二价金属盐Zn(NO3)2的摩尔比为1:2的量加入至混合盐溶液中,上述混合盐溶液与摩尔浓度为2 mol/L的氢氧化钠溶液同时滴定,控制pH在9.0~10.0之间,剧烈搅拌,室温下老化22小时;所得浆液抽滤,滤饼用蒸馏水洗涤5次,室温下干燥24小时,得负载有Hb的复合材料Hb-ILOH-LDH;将所得负载有血红蛋白的复合材料Hb-ILOH-LDH配制成Hb含量为20 μg/μL的修饰液,取7 μL滴涂在依次用1 mol/L的NaOH溶液、1 mol/L的HNO3溶液、丙酮和二次蒸馏水超声洗涤过的GCE表面,然后再在Hb-ILOH-LDH膜上滴涂浓度为1 mg/ml的壳聚糖醋酸溶液5 μL,自然干燥后得到Hb-ILOH-LDH/GCE修饰电极。
对比例 1
参考上述制备修饰电极的方法,直接配制成Hb含量为20 μg/μL的修饰液,取7 μL滴涂在依次用1 mol/L的NaOH溶液、1 mol/L的HNO3溶液、丙酮和二次蒸馏水超声洗涤过的GCE表面,然后再在Hb膜上滴涂浓度为1 mg/ml的壳聚糖醋酸溶液5 μL,自然干燥后得到Hb/GCE修饰电极。
对比例 2
参考上述制备修饰电极的方法,直接配制成ILOH质量百分比为10%,Hb含量为20 μg/μL的修饰液,取7 μL滴涂在依次用1 mol/L的NaOH溶液、1 mol/L的HNO3溶液、丙酮和二次蒸馏水超声洗涤过的GCE表面,然后再在Hb-ILOH膜上滴涂浓度为1 mg/ml的壳聚糖醋酸溶液5 μL,自然干燥后得到Hb-ILOH/GCE修饰电极。
对比例 3
参考上述实施例4制备修饰电极的方法,不要加入ILOH,制备Hb-LDH/GCE修饰电极。
图1为实施例4 (d)、对比例1 (a)、对比例2 (b)和对比例3 (c)所得修饰电极在0.05 mol/L的磷酸缓冲溶液中、扫速为0.1 V/s时的循环伏安图。由图可以看出,在Hb /GCE(曲线a)上出现了一对非常弱的不对称的氧化还原峰,说明电极上发生了非常缓慢的电子转移过程;在Hb-ILOH/GCE(曲线b)上,氧化还原电流没有明显的变化,表明ILOH的存在并没有提高Hb的电子转移速率。在Hb-LDH/GCE(曲线c)上,氧化还原电流增大,这表明LDH在电极表面的存在提高了电子转移速率,增加了电化学响应信号。而在Hb-ILOH-LDH/GCE(曲线d)上,氧化还原峰电流进一步增强且峰型较好,说明ILOH-LDH复合膜能够极大的提高Hb的直接电子转移速率,这是由于ILOH的高导电性和LDH的纳米层状结构协同加快了Hb的电子转移。从曲线d中可以看出,还原峰和氧化峰电位分别为-0.384 V和-0.2664 V (vs. SCE),式电位为-0.298 V (vs. SCE),这是Hb中血红素辅基Fe(II)/Fe(III)氧化还原电对的特征峰。结果表明在Hb-ILOH-LDH/GCE上可以实现Hb的直接电子转移。
图2为实施例4 (d)、对比例1 (a)、对比例2 (b)和对比例3 (c)所得修饰电极在含有10.0 mmol/L [Fe(CN)6]−3/−4和0.1 mol/L KCl溶液中的电化学阻抗图。图中各条曲线中高频区域半圆弧的直径为电子传递的电阻,可以反映氧化还原探针的电子传递速率。从图中可以看出,Hb /GCE(曲线a)上电子传递的电阻最大,当有ILOH(Hb-ILOH/GCE,曲线b)或LDH(Hb-LDH/GCE,曲线c)存在时,相应修饰电极上电子传递的电阻都有明显的降低,此结果表明ILOH和LDH的存在均可加速电子传递速率。而Hb-ILOH-LDH/GCE(曲线d)上电子传递的电阻最小,说明ILOH-LDH复合膜的存在提高了导电性,增加了有效电极面积,使得更多的[Fe(CN)6]−3/−4参加了电化学反应,从而提高了电子的传递速率。
实施例 5
将二价金属盐Zn(NO3)2和三价金属盐Al(NO3)3按一定摩尔比2:1配成混合盐溶液,总金属离子浓度为0.6 mol/L,按质量比Hb:LDH为2的量加入Hb到混合盐溶液中,再将ILOH按其与二价金属盐Zn(NO3)2的摩尔比为1:2的量加入至混合盐溶液中,上述混合盐溶液与摩尔浓度为2 mol/L的氢氧化钠溶液同时滴定,控制pH在9.0~10.0之间,剧烈搅拌,室温下老化24小时;所得浆液抽滤,滤饼用蒸馏水洗涤5次,室温下干燥24小时,得负载有Hb的复合材料Hb-ILOH-LDH;将所得负载有血红蛋白的复合材料Hb-ILOH-LDH配制成Hb含量为20 μg/μL的修饰液,取7 μL滴涂在依次用1 mol/L的NaOH溶液、1 mol/L的HNO3溶液、丙酮和二次蒸馏水超声洗涤过的GCE表面,然后再在Hb-ILOH-LDH膜上滴涂浓度为1 mg/ml的壳聚糖醋酸溶液5 μL,自然干燥后得到Hb-ILOH-LDH/GCE修饰电极。
图3是Hb (a)和实施例1~5所得负载有Hb的复合材料Hb-ILOH-LDH (b~f)的IR光谱图。红外光谱(IR)是研究蛋白质结构的重要的敏感工具,蛋白质的I级胺和II级胺可以提供多肽链二级结构的详细信息,它们的强度和峰位置可以反映蛋白质结构变性情况。图中复合材料Hb-ILOH-LDH (b~f)曲线中均出现了Hb的I级胺和II级胺的吸收谱带,吸收峰分别位于1647~1655 cm-1之间和1538~1545 cm-1之间,与游离Hb的I级胺(1653 cm-1)和II级胺(1545 cm-1)的吸收峰位置基本相同,说明固定在ILOH-LDH复合材料中的Hb很好地保持了其天然二级结构,但复合材料中Hb中I级胺和II级胺峰强度和吸收峰位置的细微变化说明蛋白质与纳米复合材料之间存在着一定的相互作用,所以才能很好地形成Hb-ILOH-LDH生物复合材料。
实施例 6
将实施例4所制得的Hb-ILOH-LDH/GCE修饰电极作为工作电极,铂丝为对电极,Ag/AgCl为参比电极,采用三电极***进行过氧化氢的测定。向0.1 mol/L的磷酸缓冲溶液(pH 7.0)中加入不同体积的过氧化氢,绘制不同浓度过氧化氢浓度时的循环伏曲线,记录随着过氧化氢浓度的增大时还原峰电流的变化,并以还原峰电流对加入电解池中过氧化氢浓度作图,求解相关参数。测试之前用高纯氮气向溶液中鼓泡30分钟除氧气,测试时用氮气保护排除氧气的干扰。
对比例 1
按照上述方法,将实施例4中对比例3所获得的Hb-LDH/GCE修饰电极作为工作电极进行过氧化氢的电化学测试。
图4显示Hb-ILOH-LDH/GCE随着过氧化氢浓度的增大,其还原峰电流不断增加,插图中表明其原峰电流与过氧化氢浓度呈线性关系,其检测浓度的线性范围为0.99×10-8~1.19×10-7 mol/L,灵敏度为30.63 μA/mM,最低检测浓度为0.99×10-8 mol/L,而Hb-LDH/GCE检测过氧化氢的线性浓度范围(1.99~7.94)×10-8 mol/L(见图5),灵敏度为15.78 μA/mM,最低检测浓度为1.99×10-8 mol/L。可以看出,Hb-ILOH-LDH/GCE对双氧水的电化学催化性能明显优于Hb-LDH/GCE,说明ILOH的存在进一步增加了复合膜的导电性,改善了复合电极的催化性能。以上实验结果表明所制备的基于Hb-ILOH-LDH/GCE的过氧化氢传感器检测限更低,灵敏度更高,线性范围更宽。

Claims (6)

1.一种功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极,其特征在于它包括基底电极层和功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白层,所述功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白层通过共沉淀法将蛋白质分子固定于功能化离子液体-类水滑石复合材料中;其中类水滑石(记为LDH)是由带正电荷的层板和层间阴离子有序组装形成的双金属氢氧化物,金属阳离子与氢氧根通过共价键构成以金属阳离子为中心的正八面体,相邻八面体通过共用棱边形成相互平行的主体板层,结构类似于水镁石,其组成通式可表示为:
[M1-x 2+Mx 3+(OH)2]x+(An-)x/n·mH2O,
上式中M2+指二价金属阳离子,M3+指三价金属阳离子,A n -为层间可稳定存在的-n价阴离子,n为阴离子价数,x为每摩尔类水滑石中M3+的摩尔数(0.20≤x≤0.33),m为每摩尔类水滑石层间结晶水的摩尔数;
  所述功能化离子液体为1-甲基-3-羟丙基咪唑四氟硼酸盐(记为ILOH),其分子结构式如下:
Figure 2013103827153100001DEST_PATH_IMAGE002
2.根据权利要求1所述的一种功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极,其特征在于所述类水滑石为锌铝类水滑石,即其通式中M3+为Al3+,M2+为Zn2+,A n -为NO3 -;所述蛋白质分子为血红蛋白(记为Hb);所述基底电极为玻碳电极(记为GCE)。
3.根据权利要求1或2所述的一种功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极的制备方法,其特征在于包括以下具体步骤:
(a) Hb在ILOH-LDH复合材料上的固定
将二价金属盐Zn(NO3)2和三价金属盐Al(NO3)3按一定摩尔比配成混合盐溶液,总金属离子浓度为0.6 mol/L,加入一定质量的Hb,再将ILOH按一定摩尔比加入混合盐溶液中,将上述混合溶液和碱性溶液同时滴定,控制pH在9.0~10.0之间,剧烈搅拌,室温下老化12~24小时;所得浆液抽滤,滤饼用蒸馏水洗涤3~5次,室温下干燥24小时,得负载有Hb的ILOH-LDH复合材料,经紫外光谱测定406 nm处的吸光值得知98%以上的血红蛋白被固定;
(b) 修饰液的配制
将步骤(a)中得到的负载有血红蛋白的复合材料Hb-ILOH-LDH配制成Hb含量为20 μg/μL的修饰液,备用;
(c) GCE的预处理
用常规抛光和打磨方法对GCE表面进行预处理,然后依次用1 mol/L的NaOH溶液、1 mol/L的HNO3溶液、丙酮和二次蒸馏水超声洗涤;
(d) 修饰电极的制备
将步骤(b)制得的修饰液滴涂在经步骤(c)预处理的电极表面,滴涂量为7 μL,静置,4℃冰箱过夜干燥,在玻碳电极表面形成一层Hb-ILOH-LDH膜,再在Hb-ILOH-LDH膜上滴涂浓度为1 mg/ml的壳聚糖醋酸溶液,形成一层壳聚糖膜,滴涂量为5 μL,自然干燥后得到Hb-ILOH-LDH/GCE修饰电极。
4.根据权利要求3所述的一种功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极的制备方法,其特征在于步骤(a)中所述二价金属盐Zn(NO3)2和三价金属盐Al(NO3)3的摩尔比为2:1;ILOH和二价金属盐Zn(NO3)2的摩尔比分别为1:2;Hb与LDH的质量比分别为0.05、0.25、0.5、1和2;所述碱性溶液为2 mol/L的氢氧化钠溶液。
5.权利要求1或2所述一种功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极在制备电化学传感器方面的应用。
6.根据权利要求5所述的一种功能化离子液体-类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极的应用,其特征在于该修饰电极可用于过氧化氢的检测。
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