CN104034778A - 壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极及其制备方法 - Google Patents
壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极的制备方法，包括有以下步骤：1)将壳聚糖溶于稀酸溶液中，得到溶液A；2)向溶液A中加入氧化石墨烯，超声分得到溶液B；3)向溶液B中加入离子液体，搅拌，得到溶液C；4)向溶液C中加入酶，超声，得到溶液D；5)将工作电极置于溶液D中，进行恒电位沉积，即得。本发明有以下显著特点：1)制备工艺简便，成本低；2)复合膜的配比与厚度可以通过恒电位沉积方法与反应物用量来控制；3)壳聚糖来源丰富，具有良好的生物相容性，是优良的酶固定载体，而且离子液体与石墨烯的加入，使得连接酶的氧化还原中心与电极表面之间的良好电子传输通道，并使酶保持较好的生物活性。
Description
技术领域
本发明属于修饰电极的制备领域，具体涉及一种壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极的制备方法。
背景技术
壳聚糖作为一种取之不尽、用之不竭的可再生资源，是甲壳质经过部分脱乙酰反应的产品，它是通过β-1,4糖苷键连接起来的直链多糖，其化学结构为带有氨基的碱性多糖聚合物。壳聚糖具有良好的生物相容性好与独特的生物活化功能，已被成功用于酶的固定化载体。离子液体作为一种绿色溶剂，与传统的有机溶剂与电解质水溶液相比，具有非挥发性、良好的导电性、较宽的电化学窗口和选择性溶解能力等优点，已在有机催化合成、电化学合成、生物化学等领域得到广泛应用。近年来，人们发现许多酶在离子液体中具有良好的性能，有利于进行电化学和催化反应。石墨烯作为理想的二维碳基纳米材料，由于其单原子层厚度与二位的平面结构，为其提供了极大的比表面积与优异的导电性。因此将石墨烯及其复合物作为修饰电极，构建电化学生物传感器的研究引起了人们极大的关注。
修饰电极作为电化学生物传感器中的重要部件，其制备方法对传感器的性能有很大的影响。酶修饰电极制备过程的可控性对于得到响应快、灵敏度高、稳定性好、使用寿命长的传感器至关重要。但目前常用的酶修饰电极制备中，需要将通过化学方法制备的复合材料重新分散在水中，再滴涂到电极表面，滴涂法耗时较多，所得膜的分散性差,涂层粗糙,厚度难以精确控制,导致修饰电极的综合性能下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极及其制备方法，将石墨烯的阴极还原与壳聚糖的电沉积电相结合，一步法得到了壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极，与目前常用的酶修饰电极制备方法相比，制备条件简便，工艺简单。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极，其为以下制备方法得到的产物，包括有以下步骤：
1)将壳聚糖溶于0.01-1mol/L稀酸溶液中，得到溶液A，溶液A中壳聚糖的质量百分比浓度为0.5-5％；
2)向溶液A中加入5-20mg氧化石墨烯，超声分散1-2小时得到溶液B；
3)向溶液B中加入离子液体，搅拌1-2小时，得到溶液C，离子液体质量为溶液B质量的1-5％；
4)向溶液C中加入酶，超声10-30分钟，得到溶液D，酶在溶液D中的浓度为0.01-1mg/mL；
5)将工作电极置于溶液D中，进行恒电位沉积，得到壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极。
按上述方案，所述稀酸为盐酸或醋酸。
按上述方案，所述离子液体为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。
按上述方案，所述工作电极为金、铂、玻碳或氧化铟锡导电玻璃。
按上述方案，所述恒电位沉积的电位为-0.5～-2V；所述恒电位沉积的时间为1-10分钟。
按上述方案，所述的酶为过氧化物酶、乳酸氧化酶、脂肪酶或胆固醇氧化酶。
本发明有以下显著特点：1)将石墨烯的阴极还原与壳聚糖的电沉积电相结合，一步法得到复合膜修饰电极，复合膜修饰电极的制备工艺简便，成本低；2)复合膜的的配比与厚度可以通过恒电位沉积方法与反应物用量来控制；3)壳聚糖来源丰富，具有良好的生物相容性，是优良的酶固定载体，而且离子液体与石墨烯的加入，使得连接酶的氧化还原中心与电极表面之间的良好电子传输通道，并使酶保持较好的生物活性。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
1)将壳聚糖溶于0.1mol/L稀盐酸溶液中，得到溶液A，溶液A中壳聚糖的质量百分比浓度为0.5％；
2)向溶液A中加入5mg氧化石墨烯，超声分散1小时得到溶液B；
3)向溶液B中加入1-丁基-3-甲基咪唑六氟化磷，搅拌1小时，得到溶液C，离子液体质量为溶液B质量的2％；
4)向溶液C中加入过氧化物酶，超声10分钟，得到溶液D，酶在溶液D中的浓度为0.05mg/mL；
5)将氧化铟锡导电玻璃电极置于溶液D中，进行恒电位沉积，沉积电位为-0.7V，沉积时间为2分钟，得到壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极，
6)得到的壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极对于过氧化氢浓度在3.2×10-4-1.5×10-3mol/L范围内有良好的检查效果。
实施例2：
1)将壳聚糖溶于0.5mol/L稀醋酸溶液中，得到溶液A，溶液A中壳聚糖的质量百分比浓度为1％；
2)向溶液A中加入10mg氧化石墨烯，超声分散1小时得到溶液B；
3)向溶液B中加入1-丁基-3-甲基咪唑六氟化磷，搅拌2小时，得到溶液C，离子液体质量为溶液B质量的1％；
4)向溶液C中加入脂肪酶，超声20分钟，得到溶液D，酶在溶液D中的浓度为0.1mg/mL；
5)将金电极置于溶液D中，进行恒电位沉积，沉积电位为-1V，沉积时间为5分钟，得到壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极，
6)得到的壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极对于二油酸甘油酯浓度在3.0×10-6-2×10-4mg/mL范围内有良好的检查效果。
实施例3：
1)将壳聚糖溶于0.5mol/L稀盐酸溶液中，得到溶液A，溶液A中壳聚糖的质量百分比浓度为2％；
2)向溶液A中加入10mg氧化石墨烯，超声分散2小时得到溶液B；
3)向溶液B中加入为1-丁基-3-甲基咪唑六氟化磷，搅拌1小时，得到溶液C，离子液体质量为溶液B质量的3％；
4)向溶液C中加入胆固醇氧化酶，超声30分钟，得到溶液D，酶在溶液D中的浓度为0.1mg/mL；
5)将铂电极置于溶液D中，进行恒电位沉积，沉积电位为-1.2V，沉积时间为4分钟，得到壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极，
6)得到的壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极对于胆固醇浓度在2.0×10-5-3×10-4mol/L范围内有良好的检查效果。
实施例4：
1)将壳聚糖溶于1mol/L稀醋酸溶液中，得到溶液A，溶液A中壳聚糖的质量百分比浓度为1％；
2)向溶液A中加入5mg氧化石墨烯，超声分散1小时得到溶液B；
3)向溶液B中加入1-丁基-3-甲基咪唑四氟化硼，搅拌1小时，得到溶液C，离子液体质量为溶液B质量的5％；
4)向溶液C中加入乳酸氧化酶，超声15分钟，得到溶液D，酶在溶液D中的浓度为0.3mg/mL；
5)将玻碳电极置于溶液D中，进行恒电位沉积，沉积电位为-1.1V，沉积时间为6分钟，得到壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极，
6)得到的壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极对于乳酸浓度在1.0×10-4-9×10-3mol/L范围内有良好的检查效果。
实施例5：
1)将壳聚糖溶于0.7mol/L稀盐酸溶液中，得到溶液A，溶液A中壳聚糖的质量百分比浓度为3％；
2)向溶液A中加入15mg氧化石墨烯，超声分散2小时得到溶液B；
3)向溶液B中加入1-丁基-3-甲基咪唑四氟化硼，搅拌1小时，得到溶液C，离子液体质量为溶液B质量的3％；
4)向溶液C中加入脂肪酶，超声10分钟，得到溶液D，酶在溶液D中的浓度为0.2mg/mL；
5)将玻碳电极置于溶液D中，进行恒电位沉积，沉积电位为-1.6V，沉积时间为2分钟，得到壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极，
6)得到的壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极对于二油酸甘油酯浓度在2.0×10-6-1.0×10-4mg/mL范围内有良好的检查效果。
实施例6：
1)将壳聚糖溶于0.8mol/L稀醋酸溶液中，得到溶液A，溶液A中壳聚糖的质量百分比浓度为1％；
2)向溶液A中加入10mg氧化石墨烯，超声分散1小时得到溶液B；
3)向溶液B中加入1-丁基-3-甲基咪唑四氟化硼，搅拌2小时，得到溶液C，离子液体质量为溶液B质量的5％；
4)向溶液C中加入过氧化物酶，超声15分钟，得到溶液D，酶在溶液D中的浓度为0.3mg/mL；
5)将金电极置于溶液D中，进行恒电位沉积，沉积电位为-0.8V，沉积时间为8分钟，得到壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极，
6)得到的壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极对于过氧化氢浓度在2.0×10-4-1.0×10-3mol/L范围内有良好的检查效果。
本发明所列举的各原料都能实现本发明，以及各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明；在此不一一列举实施例。本发明的工艺参数的上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
Claims (12)
1.壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极，其为以下制备方法得到的产物，包括有以下步骤：
1)将壳聚糖溶于0.01-1mol/L稀酸溶液中，得到溶液A，溶液A中壳聚糖的质量百分比浓度为0.5-5％；
2)向溶液A中加入5-20mg氧化石墨烯，超声分散1-2小时得到溶液B；
3)向溶液B中加入离子液体，搅拌1-2小时，得到溶液C，离子液体质量为溶液B质量的1-5％；
4)向溶液C中加入酶，超声10-30分钟，得到溶液D，酶在溶液D中的浓度为0.01-1mg/mL；
5)将工作电极置于溶液D中，进行恒电位沉积，得到壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极。
2.根据权利要求1所述的壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极，其特征在于：所述稀酸为盐酸或醋酸。
3.根据权利要求1所述的壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极，其特征在于：所述离子液体为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.根据权利要求1所述的壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极，其特征在于：所述工作电极为金、铂、玻碳或氧化铟锡导电玻璃。
5.根据权利要求1所述的壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极，其特征在于：所述恒电位沉积的电位为-0.5～-2V；所述恒电位沉积的时间为1-10分钟。
6.根据权利要求1所述的壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极，其特征在于：所述的酶为过氧化物酶、乳酸氧化酶、脂肪酶或胆固醇氧化酶。
7.权利要求1所述的壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极的制备方法，包括有以下步骤：
1)将壳聚糖溶于0.01-1mol/L稀酸溶液中，得到溶液A，溶液A中壳聚糖的质量百分比浓度为0.5-5％；
2)向溶液A中加入5-20mg氧化石墨烯，超声分散1-2小时得到溶液B；
3)向溶液B中加入离子液体，搅拌1-2小时，得到溶液C，离子液体质量为溶液B质量的1-5％；
4)向溶液C中加入酶，超声10-30分钟，得到溶液D，酶在溶液D中的浓度为0.01-1mg/mL；
5)将工作电极置于溶液D中，进行恒电位沉积，得到壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极。
8.根据权利要求7所述的壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极的制备方法，其特征在于：所述稀酸为盐酸或醋酸。
9.根据权利要求7所述的壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极的制备方法，其特征在于：所述离子液体为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.根据权利要求7所述的壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极的制备方法，其特征在于：所述工作电极为金、铂、玻碳或氧化铟锡导电玻璃。
11.根据权利要求7所述的壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极的制备方法，其特征在于：所述恒电位沉积的电位为-0.5～-2V；所述恒电位沉积的时间为1-10分钟。
12.根据权利要求7所述的壳聚糖-离子液体-石墨烯-酶复合膜修饰电极的制备方法，其特征在于：所述的酶为过氧化物酶、乳酸氧化酶、脂肪酶或胆固醇氧化酶。
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