CN105784807A - 离子液体共价修饰石墨烯－类水滑石复合膜固定蛋白修饰电极及其制备方法和检测应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子液体共价修饰石墨烯‑剥离类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极及其制备方法和检测三氯乙酸的应用。本发明利用离子液体特殊的溶解性和高的导电性，通过共价修饰法将其引入石墨烯‑剥离类水滑石复合材料表面，制备了离子液体共价修饰石墨烯‑剥离类水滑石杂化物，采用滴涂法制备了离子液体共价修饰石墨烯‑剥离类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极。本发明所得修饰电极在提高血红蛋白直接电化学和电催化性能方面发挥了离子液体、石墨烯和剥离类水滑石片的协同效应，提高了修饰电极的导电性、分散性以及生物相容性。构筑的基于生物修饰电极的第三代三氯乙酸传感器，具有检测限低、检测范围宽和米氏常数小等优点。
Description
技术领域：
本发明涉及一种氨基功能化离子液体共价修饰石墨烯-剥离类水滑石片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：
生物传感器是结合生物或者生物衍生物的敏感元件与理化换能器的一类分析装置，它能够根据分析物的浓度产生间断或者连续的信号，并且信号强弱与浓度成正比[张先恩，生物传感器[M]，北京：化学工业出版社，2006，16-40.]。其中，酶电化学传感器在近年来引起了极大的关注。牛血红蛋白酶(Hb)结构简单且具有代表性，易于实现大规模生产，因此被作为直接电化学的理想模型。同时对于Hb直接电子转移的研究还可以促进人们对生物体电子转移机理的理解。然而，Hb的电活性中心埋藏较深，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或变性。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。
石墨烯(GR)是二维的单分子层的sp2杂化碳原子，于2004年由Geim首次成功制备，因其具备优良的机械性能和电性能，近年来引起了各个领域研究的广泛关注[K.S.Novoselov,A.K.Geim,S.V.Morozov,D.Jiang,Y.Zhang,S.V.Dubonos,I.V.Grigorieva,A.A.Firsov,Science306(2004)666.]。化学还原是一种低成本的方法，因此被广泛应用于GR的大规模工业生产。然而在生产过程中，GR片层间会因强的π-π相互作用而发生不可逆的堆叠，这不仅损害了GR的分散性能，同时也增大了片层间的接触电阻，从而严重限制了GR的电化学性能以及其在各个领域内的应用[X.C.Dong,H.Xu,X.W.Wang.3Dgraphene-cobaltoxideelectrodeforhigh-performancesupercapacitorandenzymelessglucosedetection.ACSnano,2012,6:3206～3213.]。幸运的是，最近研究发现通过将其他纳米材料嵌***GR片层间可以很好地解决上述问题，因此研究者们将各种各样的纳米材料应用于该研究领域。
类水滑(简写为LDHs)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且片层携带正电荷，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.]。水滑石经剥离过程后变成携带正电荷的单片(ELDH)，其不仅具有原始LDH的各种性能，同时还呈现出开放的内表面、分子厚度的正电层以及大的比表面积等独特性能，因此极大扩展了LDH的应用领域。因此研究者将带正电荷的LDH或ELDH与GR进行复合，如Sun等将LDH与单分子层的GR水分散液混合超声制备了GR-LDH复合物[Sun,W.；Guo,Y.；Lu,Y.；Hu,A.；Shi,F.；Li,T.；Sun,Z.,Electrochemicalbiosensorbasedongraphene,Mg2Allayereddoublehydroxideandhemoglobincomposite.ElectrochimicaActa2013,91,130-136.]，Wimalasiri等通过混合ELDH与氧化石墨烯(GO)再经过随后的腈还原过程制备出GR-ELDH复合物[Wimalasiri,Y.；Fan,R.；Zhao,X.S.；Zou,L.,AssemblyofNi-Allayereddoublehydroxideandgrapheneelectrodesforsupercapacitors.ElectrochimicaActa2014,134,127-135.]，以上研究得到的GR-LDH或GR-ELDH虽然解决了GR片堆叠和LDH聚集的问题，但复合后的杂化物容易沉降，整体分散性较差，而且作为电极修饰材料其导电性也需进一步提高。
氨基功能化离子液体不仅是一种高导电性、具有特殊溶解性能的绿色溶剂，而且具有功能性的氨基，因此可能通过与GO表面大量的环氧环发生开环反应，修饰到基于GO/GR复合材料表面。由于特殊的溶解性、大量的电荷以及高的导电性，离子液体的引入可以大大提高GO/GR基材料的分散性、稳定性和导电性。目前，使用氨基功能化离子液体对GO-ELDH复合材料进行环氧开环反应制备离子液体共价修饰石墨烯-剥离类水滑石复合物(IL-GR-ELDH)，以及该复合物固定蛋白质制备IL-GR-ELDH-蛋白质修饰电极及其在三氯乙酸(TCA)检测方面的研究还未见报道。本发明将采用静电组装和共价修饰法制备IL-GR-ELDH并用于蛋白质固定，制备相应的生物修饰电极并初步考察其对TCA的检测。
采用静电组装和共价修饰法制备IL-GR-ELDH，不仅能将GR纳米片和ELDH纳米片彼此分散在各自的片层中间，有效抑制两种纳米片单独使用时存在的堆积和聚集等缺点，而且IL的共价修饰，还可以有效的提高杂化物的导电性、分散性和稳定性，充分发挥IL、GR和ELDH在电极修饰方面的优势，弥补他们单独使用时的缺陷。将IL-GR-ELDH杂化物用于生物蛋白的固定制备相应的生物修饰电极，纳米复合物可以提供更多的活性位点、更高的导电性、更好的生物相容以及良好的分散性，充分发挥三种组分的协同优势，从而提高生物分子在修饰电极上的直接电化学和电催化性能，对建立新型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离子液体共价修饰石墨烯-剥离类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极；即通过氨基功能化离子液体共价修饰GO-ELDH纳米杂化物，制备IL-GR-ELDH复合物，最后用于蛋白质的固定和相应修饰电极的制备。
本发明提供的一种离子液体共价修饰石墨烯-剥离类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极，其特征在于由基底电极层和离子液体共价修饰石墨烯-剥离类水滑石复合材料固定蛋层组成；所述离子液体共价修饰石墨烯-剥离类水滑石复合材料是由氨基功能化离子液体通过环氧开环共价修饰氧化石墨烯-剥离类水滑石复合物制得；蛋白质通过滴涂法固定在离子液体共价修饰石墨烯-剥离类水滑石片杂化材料上形成复合蛋白层；
所述离子液体共价修饰石墨烯-剥离类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极，其特征在于所述剥离类水滑石片为钴铝型，记为ELDH；所述蛋白质为牛血红蛋白，记为Hb；所述基底电极为离子液体修饰碳糊电极，记为CILE，所述氧化石墨烯记为GO，所述石墨烯记为GR，所述离子液体为1-丁基-3-氨丙基咪唑四氯硼酸盐，记为IL，其结构式如下：
所述离子液体共价修饰石墨烯-剥离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)GO-ELDH纳米杂化材料的制备
采用hummer法制备GO，并将一定量所得的GO分散于甲酰胺中，使其浓度为1mg/mL，超声分散1小时，3000rpm离心10min除去未剥离的GO，得到剥离的GO分散液；将该GO分散液与浓度为1mg/mL的ELDH甲酰胺胶体溶液等体积充分混合，室温密闭条件下搅拌12小时，5000rpm离心10min后，所得棕黑色沉淀即为GO-ELDH杂化物；
(b)IL-GR-ELDH杂化材料的制备
称取步骤(a)中所得的GO-ELDH杂化物10～40mg分散于去离子水中，使其浓度为0.5mg/mL，缓慢加入5～20mgIL和5～20mgKOH后超声处理30min；将超声后的分散液于80℃下加热搅拌24h，4000rmp离心5min，依次用水和无水乙醇洗涤3次，所得黑色固体颗粒即为IL-GR-ELDH杂化物；
(c)CILE的制备
将石墨粉与离子液体正丁基吡啶六氟磷酸盐以2:1的质量比加入研钵中，加热到80℃条件下均匀混合，向该粉末状混合物中滴加1mL粘合剂液体石蜡，再将混合物充分研磨好后填入直径为4mm的玻璃管中，管内***铜丝作为导线，将玻璃管中的固体混合物压实，得到CILE，使用前将该电极表面打磨光滑；
(d)IL-GR-ELDH复合材料固定蛋白修饰电极的制备
将步骤(b)中得到的IL-GR-ELDH杂化材料用去离子水配制成浓度为0.5mg/mL的浆状液，取8～12μL该浆状液滴涂在步骤(c)中所得的CILE表面，自然晾干后再在电极上滴涂8～12μL浓度为10mg/mL的Hb水溶液，自然晾干后，继续滴涂6μL浓度为1.0mg/mL的CTS醋酸溶液，自然干燥后得到IL-GR-ELDH-Hb/CILE生物修饰电极。
其中步骤(b)中所述GO-ELDH杂化物的质量为10mg；步骤(c)中所述IL-GR-ELDH杂化物是IL在碱性条件下与GO-ELDH杂化物中GO分子上的环氧环反应生成的；所述IL-GR-ELDH杂化物是IL共价修饰在由单层GR和单层ELDH纳米片复合而成杂化物表面，其平均粒径为594nm，单分散指数为0.349，远小于GR-ELDH杂化物的1779nm和0.576，所述IL-GR-ELDH杂化物可以稳定存在2天，而GR-ELDH杂化物10min之内则完全沉降，所以IL的共价修饰使得所述IL-GR-ELDH杂化物的分散性和稳定性得到了明显的提高。
本发明目的之三是提供一种离子液体共价修饰石墨烯-剥离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，所述离子液体共价修饰石墨烯-剥离类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极在TCA检测方面的应用。
本发明利用IL特殊的溶解性能和高的导电性能等优点，通过共价修饰法将氨基功能化的IL引入GO-ELDH杂化物表面，制备IL-GR-ELDH杂化物；采用滴涂法依次将IL-GR-ELDH、血红蛋白和CTS固定在CILE上，制备得到了离子液体共价修饰石墨烯-剥离类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极，以提高血红蛋白在修饰电极上的直接电子传递，构筑基于CTS/IL-GR-ELDH-Hb复合膜的第三代TCA传感器；该生物传感器对于检测TCA具有检测限低、检测范围宽和米氏常数小等优点。
本发明与现有技术相比，主要优点在于：通过共价修饰法将氨基功能化IL引入GO-ELDH杂化物表面，制备IL-GR-ELDH杂化物，并采用滴涂法依次将IL-GR-ELDH、血红蛋白和CTS固定在CILE上，制备得到了离子液体共价修饰石墨烯-剥离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在提高血红蛋白直接电化学和电催化性能方面发挥了IL、GR和ELDH协同效应：GR作为导电添加剂增强了ELDH的导电性，ELDH的引入有效抑制了GR还原过程中的片层堆叠现象，IL的共价修饰再一次增强了GR-ELDH杂化物的导电性、分散性以及生物相容性；IL-GR-ELDH杂化物作为Hb与CILE间电子传递的桥梁，可以有效提高其电子传递速率；具体地，IL-GR-ELDH杂化物对血红蛋白直接电子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，无论与单独的LDH或GR，还是与通过化学还原法得到的GR-LDH复合物相比，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所得IL-GR-ELDH杂化物的透射电子显微镜照片(c)和扫描电子显微镜照片(d)以及对比例4所得GR-ELDH杂化物的透射电子显微镜照片(a)和扫描电子显微镜照片(b)。
图2为实施例1所得IL-GR-ELDH(b)和对比例4所得GR-ELDH(a)的光学照片。
图3为Hb(a)和实施例1所得负载有Hb的复合材料IL-GR-ELDH-Hb(b)的IR光谱图。
图4为实施例1(e)、对比例1(a)、对比例2(b)、对比例3(c)以及对比例4(d)所得修饰电极在含有5.0mmol/L[Fe(CN)6]-3/-4和0.1mol/LKCl溶液中的电化学阻抗图。
图5为实施例4(e)与对比例1(a)、对比例2(b)、对比例3(c)以及对比例4(d)所得修饰电极在pH＝4的B-R缓冲溶液中、扫速为0.1V/s时的循环伏安图。
图6为由实施例5所得的CTS/IL-GR-ELDH-Hb/CILE在氮气保护下，于pH＝4的B-R缓冲溶液中加入不同体积的TCA的循环伏安曲线，扫速为100mV/s，插图为还原峰电流与TCA浓度的线性关系。
图7为由实施例5中对比例1所获得的CTS/GR-LDH-Hb/CILE在氮气保护下，在pH＝4的B-R缓冲溶液中加入不同体积的TCA的循环伏安曲线，扫速为100mV/s，插图为还原峰电流与TCA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：
(a)GO-ELDH纳米杂化材料的制备
采用hummer法制备GO，并将一定量所得的GO分散于甲酰胺中，使其浓度为1mg/mL，超声分散1小时，3000rpm离心10min除去未剥离的GO，得到剥离的GO分散液；将该GO分散液与浓度为1mg/mL的ELDH甲酰胺胶体溶液等体积充分混合，室温密闭条件下搅拌12小时，5000rpm离心10min后，所得棕黑色沉淀即为GO-ELDH杂化物；
(b)IL-GR-ELDH杂化材料的制备
称取步骤(a)中所得的GO-ELDH杂化物10mg分散于去离子水中，使其浓度为0.5mg/mL，缓慢加入5mgIL和5mgKOH后超声处理30min；将超声后的分散液于80℃下加热搅拌24h，4000rmp离心5min，依次用水和无水乙醇洗涤3次，所得黑色固体颗粒即为IL-GR-ELDH杂化物；
(c)CILE的制备
将石墨粉与离子液体正丁基吡啶六氟磷酸盐以2:1的质量比加入研钵中，加热到80℃条件下均匀混合，向该粉末状混合物中滴加1mL粘合剂液体石蜡，再将混合物充分研磨好后填入直径为4mm的玻璃管中，管内***铜丝作为导线，将玻璃管中的固体混合物压实，得到CILE，使用前将该电极表面打磨光滑；
(d)IL-GR-ELDH复合材料固定蛋白修饰电极的制备
将步骤(b)中得到的IL-GR-ELDH杂化材料用去离子水配制成浓度为0.5mg/mL的浆状液，取8μL该浆状液滴涂在步骤(c)中所得的CILE表面，自然晾干后再在电极上滴涂8μL浓度为10mg/mL的Hb水溶液，自然晾干后，继续滴涂6μL浓度为1.0mg/mL的CTS醋酸溶液，自然干燥后得到IL-GR-ELDH-Hb/CILE生物修饰电极。
实施例2：
(a)GO-ELDH纳米杂化材料的制备
按照实施例1中步骤(a)中的方法和条件制备；
(b)IL-GR-ELDH杂化材料的制备
称取GO-ELDH杂化物20mg分散于去离子水中，使其浓度为0.5mg/mL，缓慢加入10mgIL和10mgKOH后超声处理30min；将超声后的分散液于80℃下加热搅拌24h，4000rmp离心5min，依次用水和无水乙醇洗涤3次，所得黑色固体颗粒即为IL-GR-ELDH杂化物；
(c)CILE的制备
按照实施例1中步骤(c)中的方法和条件制备；
(d)IL-GR-ELDH复合材料固定蛋白修饰电极的制备
将步骤(b)中得到的IL-GR-ELDH杂化材料用去离子水配制成浓度为0.5mg/mL的浆状液，取10μL该浆状液滴涂在步骤(c)中所得的CILE表面，自然晾干后再在电极上滴涂10μL浓度为10mg/mL的Hb水溶液，自然晾干后，继续滴涂6μL浓度为1.0mg/mL的CTS醋酸溶液，自然干燥后得到IL-GR-ELDH-Hb/CILE生物修饰电极。
实施例3：
(a)GO-ELDH纳米杂化材料的制备
按照实施例1中步骤(a)中的方法和条件制备；
(b)IL-GR-ELDH杂化材料的制备
称取GO-ELDH杂化物30mg分散于去离子水中，使其浓度为0.5mg/mL，缓慢加入15mgIL和15mgKOH后超声处理30min；将超声后的分散液于80℃下加热搅拌24h，4000rmp离心5min，依次用水和无水乙醇洗涤3次，所得黑色固体颗粒即为IL-GR-ELDH杂化物；
(c)CILE的制备
按照实施例1中步骤(c)中的方法和条件制备；
(d)IL-GR-ELDH复合材料固定蛋白修饰电极的制备
将步骤(b)中得到的IL-GR-ELDH杂化材料用去离子水配制成浓度为0.5mg/mL的浆状液，取9μL该浆状液滴涂在步骤(c)中所得的CILE表面，自然晾干后再在电极上滴涂9μL浓度为10mg/mL的Hb水溶液，自然晾干后，继续滴涂6μL浓度为1.0mg/mL的CTS醋酸溶液，自然干燥后得到IL-GR-ELDH-Hb/CILE生物修饰电极。
实施例4：
(a)GO-ELDH纳米杂化材料的制备
按照实施例1中步骤(a)中的方法和条件制备；
(b)IL-GR-ELDH杂化材料的制备
称取GO-ELDH杂化物40mg分散于去离子水中，使其浓度为0.5mg/mL，缓慢加入20mgIL和20mgKOH后超声处理30min；将超声后的分散液于80℃下加热搅拌24h，4000rmp离心5min，依次用水和无水乙醇洗涤3次，所得黑色固体颗粒即为IL-GR-ELDH杂化物；
(c)CILE的制备
按照实施例1中步骤(c)中的方法和条件制备；
(d)IL-GR-ELDH复合材料固定蛋白修饰电极的制备
将步骤(b)中得到的IL-GR-ELDH杂化材料用去离子水配制成浓度为0.5mg/mL的浆状液，取12μL该浆状液滴涂在步骤(c)中所得的CILE表面，自然晾干后再在电极上滴涂12μL浓度为10mg/mL的Hb水溶液，自然晾干后，继续滴涂6μL浓度为1.0mg/mL的CTS醋酸溶液，自然干燥后得到IL-GR-ELDH-Hb/CILE生物修饰电极。
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10μg/μL的修饰液，取8μL滴涂在打磨好的CILE表面，然后再在Hb膜上滴涂浓度为1mg/mL的CTS醋酸溶液6μL，自然干燥后得到CTS/Hb/CILE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LDH含量为0.5μg/μL悬浮液，取8μL滴涂在打磨好的CILE表面，自然晾干后再在电极表面滴涂8μL浓度为10mg/mL的Hb水溶液，再次自然晾干，最后再在LDH-Hb膜上滴涂浓度为1mg/mL的CTS醋酸溶液6μL，自然干燥后得到CTS/LDH-Hb/CILE修饰电极。
对比例3：
参考上述修饰电极的方法，取8μL浓度为0.5μg/μL的GR悬浮液滴涂在，打磨好的CILE表面，自然晾干后再在电极表面滴涂8μL浓度为10mg/mL的Hb水溶液，再次自然晾干，最后滴涂浓度为1mg/mL的CTS醋酸溶液6μL，自然干燥后得到CTS/GR-Hb/CILE修饰电极。
对比例4：
(a)GR-ELDH纳米杂化材料的制备
取实施例1中步骤(a)所制备的GO-ELDH杂化物50mg分散于50mL去离子水中，加入50mg水合肼于80℃搅拌反应2.5小时，4000rpm离心10min得到GR-ELDH杂化材料；
(c)CILE的制备
按照实施例1中步骤(c)中的方法和条件制备；
(d)GR-ELDH复合材料固定蛋白修饰电极的制备
将步骤(b)中得到的GR-ELDH杂化材料用去离子水配制成浓度为0.5μg/μL的浆状液，取8μL该浆状液滴涂在步骤(c)中所得的CILE表面，自然晾干后再在电极上滴涂8μL浓度为10mg/mL的Hb水溶液，自然晾干后，继续滴涂6μL浓度为1.0mg/mL的CTS醋酸溶液，自然干燥后得到CTS/GR-ELDH-Hb/CILE生物修饰电极。
图1为实施例4所得IL-GR-ELDH杂化物的透射电子显微镜照片(a)和扫描电子显微镜照片(d)以及对比例4所得GR-ELDH杂化物的透射电子显微镜照片(a)和扫描电子显微镜照片(b)。透射电镜照片显示，IL-GR-ELDH和GR-ELDH均呈现明显的片层复合结构，其中在作为基底的具有清晰的折皱条纹的是石墨烯片层上，无规则分布的薄片状结构为ELDH。但是，扫描电镜图显示，相比于GR-ELDH杂化物，IL-GR-ELDH片层表面呈现出更为光滑的趋势，同时部分ELDH片层被掩盖，这可能是因为IL共价修饰在GO表面所造成的。
图2是实施例1所得IL-GR-ELDH杂化物(b)和对比例4所得GR-ELDH杂化物(a)的光学照片。相同浓度的IL-GR-ELDH和GR-ELDH杂化物经超声分散后静置，GR-ELDH样品迅速发生沉降，这是因为GO上的含氧官能团被还原，导致大量疏水和共轭的结构的生成；同时石墨烯片层间的π-π堆叠作用加强，导致不可逆的片层堆叠，最终形成较大颗粒聚集，从而加快了沉降的速率。IL-GR-ELDH样品则表现出良好的水分散性和稳定性，这主要是因为带正电荷的IL基团共价修饰到GO片层表面，通过静电排斥来抑制GO片层间的堆叠，同时新生成的羟基基团属于亲水基团，而且IL的存在使带有大量的电荷，因此极大改善了复合物的水分散性和分散稳定性。
图3为Hb(a)和实施例4所得IL-GR-ELDH-Hb复合材料(b)的IR光谱图。通过红外吸收峰出现的位置可以有效监测蛋白质的二级结构。Hb的酰胺I吸收带位于(1700～1600cm-1)区域，这是由蛋白质肽链骨架中肽段连接处的C＝O的伸缩振动引起的；酰胺II吸收带位于(1620～1500cm-1)区域，这是由N-H弯曲以及C-N伸缩振动引起的。如果修饰过程中Hb发生变性，酰胺I和酰胺II两个吸收带会发生显著位移甚至消失。从图中可以看出，IL-GR-ELDH-Hb杂化材料的酰胺I和酰胺II吸收带分别位于1652cm-1与1534cm-1处，与游离Hb(1644和1536cm-1)的谱图相似，表明Hb在复合膜内基本保持了其天然构象，而酰胺I与酰胺II的轻微位移可以认为是Hb与纳米材料之间存在的氢键或静电相互作用，使其很好地形成了IL-GR-ELDH-Hb生物复合材料。
图4为实施例4(e)、对比例1(a)、对比例2(b)、对比例3(c)以及对比例4(d)所得修饰电极在含有5.0mmol/L[Fe(CN)6]-3/-4和0.1mol/LKCl水溶液中的电化学阻抗图。从图中可以看出，谱图分为两部分，其中高频条件下的半圆对应有效电子转移控制过程，其半圆直径代表电子转移电阻(Ret)；而低频段的线性部分对应的是溶质扩散控制过程。电化学阻抗结果显示，CTS/Hb/CILE(曲线a)具有最大的圆弧直径，表明其较差的导电性，这是由蛋白质的绝缘本质所决定的。引入GR和LDH后，修饰电极CTS/LDH-Hb/CILE(曲线b)和CTS/GR-Hb/CILE(曲线c)的电阻值均呈现一定程度的降低，表明电极表面的电子传递速率得到加强。CTS/GR-LDH-Hb/CILE(曲线d)的电阻值进一步降低，这主要是由于LDH片层覆盖在GR片层表面，抑制或消除了GR片层因π-π堆叠所产生的接触电阻，从而提高了电极表面的电子传递速率。值得注意的是，CTS/IL-GR-ELDH-Hb/CILE(曲线e)呈现出最小的电阻值，表明修饰电极的导电性得到进一步提高，这主要是由于离子液体的引入所导致的，同时分散性良好的IL-GR-ELDH杂化物对Hb电子传递起到了协同作用且增加了电极的有效面积，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。
图5实施例4(e)、对比例1(a)、对比例2(b)、对比例3(c)以及对比例4(d)所得修饰电极在pH＝4的B-R缓冲溶液中、扫速为0.1V/s时的循环伏安图。由图可以看出，纯Hb修饰电极(曲线a)有一对峰形较小且不可逆的氧化还原峰，表明修饰电极较差的电化学性能以及几乎不可逆的电子转移过程。GR或LDH加入后(曲线b或c)，生物电极的氧化还原峰电流均有不同程度升高，峰形变为准可逆，这说明LDH以及GR的存在促进了Hb的直接电化学行为。从图中可以看出CTS/GR-ELDH-Hb/CILE(曲线d)出现了一对明显的氧化还原峰，电化学信号明显增强，表明GR-ELDH杂化材料能够高效地促进了Hb与CILE间的电子转移速率，这是因为GR-ELDH杂化材料中GR纳米片和ELDH纳米片较好地分散在复合物中，两种带有不同电荷的纳米片通过静电吸引作用组装后，彼此嵌插在各自的纳米片层中间，很好地抑制了两种层状纳米片的堆积和聚积，充分发挥了它们各自以单层纳米存在时所具有的优良性能，GR纳米片提高了复合纳米材料的导电性，而ELDH的嵌插有效抑制了GR的堆积的聚集，使复合材料既具有良好的导电性和较大的比表面积，同时还为生物酶的固定提供了良好的生物相容性和微环境。与其他修饰电极相比，CTS/IL-GR-ELDH-Hb/CILE(曲线e)呈现出最强的安培响应信号，这不仅是因为离子液体的引入再次增强了体系的导电性，而且是因为复合物中所含有的氨基基团能够以氢键的形式与Hb结合，增大了Hb的负载量，因而再一次提升了修饰电极的电化学性能。
实施例5：
将实施例4所制得的CTS/IL-GR-ELDH-Hb/CILE修饰电极作为工作电极，铂丝为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，采用三电极***进行TCA的测定。向pH＝4的B-R缓冲溶液中加入不同体积的TCA，绘制不同TCA浓度时的循环伏曲线，记录随着TCA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TCA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30min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1中对比例4所获得的CTS/GR-ELDH-Hb/CILE修饰电极作为工作电极进行TCA的电化学测试。
图6显示，CTS/IL-GR-ELDH-Hb/CILE在pH4.0的B-R缓冲溶液中加入TCA后，可观察到在-0.30V左右，随着TCA加入量的增大，还原峰电流明显增大，氧化峰逐渐消失，这是典型的TCA电催化还原过程。随着TCA浓度的进一步增大，在-0.55V左右出现一个新的还原峰。这个还原峰的出现可能是因为高还原态Hb(FeI)的形成使TCA再次脱氯。当TCA浓度为0.4～19mmol/L时催化电流与TCA浓度呈线性关系，如图6中的插图所示，其线性回归方程为Ip(μA)＝2.27C(mmol/L)+16.32(n＝25，γ＝0.994)，检测限为0.13mmol/L(3σ)，米氏常数为6.29mmol/L。而图7中CTS/GR-LDH-Hb/CILE检测TCA的线性浓度范围4～14mmol/L，最低检测浓度为1.3mmol/L，米氏常数为8.67mmol/L。可以看出，CTS/IL-GR-ELDH-Hb/CILE修饰电极对TCA的电化学催化性能明显优于CTS/GR-ELDH-Hb/CILE修饰电极，说明氨基功能化IL的引入进一步增加了复合膜的导电性和分散性，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CTS/IL-GR-ELDH-Hb/CILE修饰电极的TCA传感器检测限更低，线性范围更宽，米氏常数更小。
Claims (4)
1.一种离子液体共价修饰石墨烯-剥离类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极，其特征在于由基底电极层和离子液体共价修饰石墨烯-剥离类水滑石复合材料固定蛋层组成；所述离子液体共价修饰石墨烯-剥离类水滑石复合材料是由氨基功能化离子液体通过环氧开环共价修饰氧化石墨烯-剥离类水滑石复合物制得；蛋白质通过滴涂法固定在离子液体共价修饰石墨烯-剥离类水滑石片杂化材料上形成复合蛋白层；
所述离子液体共价修饰石墨烯-剥离类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极，其特征在于所述剥离类水滑石片为钴铝型，记为ELDH；所述蛋白质为牛血红蛋白，记为Hb；所述基底电极为离子液体修饰碳糊电极，记为CILE，所述氧化石墨烯记为GO，所述石墨烯记为GR，所述离子液体为1-丁基-3-氨丙基咪唑四氯硼酸盐，记为IL，其结构式如下：
所述离子液体共价修饰石墨烯-剥离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)GO-ELDH纳米杂化材料的制备
采用hummer法制备GO，并将一定量所得的GO分散于甲酰胺中，使其浓度为1mg/mL，超声分散1小时，3000rpm离心10min除去未剥离的GO，得到剥离的GO分散液；将该GO分散液与浓度为1mg/mL的ELDH甲酰胺胶体溶液等体积充分混合，室温密闭条件下搅拌12小时，5000rpm离心10min后，所得棕黑色沉淀即为GO-ELDH杂化物；
(b)IL-GR-ELDH杂化材料的制备
称取步骤(a)中所得的GO-ELDH杂化物10～40mg分散于去离子水中，使其浓度为0.5mg/mL，缓慢加入5～20mgIL和5～20mgKOH后超声处理30min；将超声后的分散液于80℃下加热搅拌24h，4000rmp离心5min，依次用水和无水乙醇洗涤3次，所得黑色固体颗粒即为IL-GR-ELDH杂化物；
(c)CILE的制备
将石墨粉与离子液体正丁基吡啶六氟磷酸盐以2:1的质量比加入研钵中，加热到80℃条件下均匀混合，向该粉末状混合物中滴加1mL粘合剂液体石蜡，再将混合物充分研磨好后填入直径为4mm的玻璃管中，管内***铜丝作为导线，将玻璃管中的固体混合物压实，得到CILE，使用前将该电极表面打磨光滑；
(d)IL-GR-ELDH复合材料固定蛋白修饰电极的制备
将步骤(b)中得到的IL-GR-ELDH杂化材料用去离子水配制成浓度为0.5mg/mL的浆状液，取8～12μL该浆状液滴涂在步骤(c)中所得的CILE表面，自然晾干后再在电极上滴涂8～12μL浓度为10mg/mL的Hb水溶液，自然晾干后，继续滴涂6μL浓度为1.0mg/mL的壳聚糖醋酸溶液，自然干燥后得到IL-GR-ELDH-Hb/CILE生物修饰电极。
2.根据权利要求1所述的一种离子液体共价修饰石墨烯-剥离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(c)中所述IL-GR-ELDH杂化物是IL在碱性条件下与GO-ELDH杂化物中GO分子上的环氧环反应生成的；所述IL-GR-ELDH杂化物是IL共价修饰在由单层GR和单层ELDH纳米片复合而成杂化物表面，其平均粒径为594nm，单分散指数为0.349，远小于GR-ELDH杂化物的1779nm和0.576，所述IL-GR-ELDH杂化物可以稳定存在2天，而GR-ELDH杂化物10min之内则完全沉降，所以IL的共价修饰使得所述IL-GR-ELDH杂化物的分散性和稳定性得到了明显的提高。
3.权利要求1或2所述一种离子液体共价修饰石墨烯-剥离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。
4.根据权利要求3所述的一种离子液体共价修饰石墨烯-剥离类水滑石复合材料固定蛋白修饰电极电极的应用，其特征在于该修饰电极可用于三氯乙酸的检测。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109085222A (zh) * | 2018-08-10 | 2018-12-25 | 青岛科技大学 | 离子液体功能化石墨烯弧菌dna电化学传感器及其制备方法和应用 |
| CN109142476A (zh) * | 2018-08-14 | 2019-01-04 | 青岛科技大学 | 功能化二硫化钼纳米片复合膜修饰电极及其制备方法和检测应用 |
| CN109142477A (zh) * | 2018-08-10 | 2019-01-04 | 青岛科技大学 | 一种弧菌dna电化学传感器及其制备方法和应用 |
| CN110455895A (zh) * | 2019-08-20 | 2019-11-15 | 青岛科技大学 | 硫堇功能化还原的氧化石墨烯/类水滑石的电化学dna传感器及其制备方法和应用 |
| CN111458387A (zh) * | 2020-05-27 | 2020-07-28 | 青岛科技大学 | 一种GSH@AgNCs/MgAl-ELDH修饰电极的制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101985354A (zh) * | 2010-09-21 | 2011-03-16 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种离子液体功能化的石墨烯材料的制备方法 |
| CN103412021A (zh) * | 2013-08-29 | 2013-11-27 | 青岛科技大学 | 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 |
| CN103954673A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-07-30 | 西北师范大学 | 离子液体功能化石墨烯修饰电极用于检测5-羟色胺和多巴胺的方法 |
| CN104977342A (zh) * | 2015-06-18 | 2015-10-14 | 青岛科技大学 | 石墨烯-剥离类水滑石片复合材料固定蛋白修饰电极及其制备方法和应用 |
| CN104977341A (zh) * | 2015-06-18 | 2015-10-14 | 青岛科技大学 | 石墨烯-类水滑石片-石墨相氮化碳复合材料固定蛋白修饰电极及其制备方法和应用 |
-
2015
- 2015-11-28 CN CN201510854744.4A patent/CN105784807A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101985354A (zh) * | 2010-09-21 | 2011-03-16 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种离子液体功能化的石墨烯材料的制备方法 |
| CN103412021A (zh) * | 2013-08-29 | 2013-11-27 | 青岛科技大学 | 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 |
| CN103954673A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-07-30 | 西北师范大学 | 离子液体功能化石墨烯修饰电极用于检测5-羟色胺和多巴胺的方法 |
| CN104977342A (zh) * | 2015-06-18 | 2015-10-14 | 青岛科技大学 | 石墨烯-剥离类水滑石片复合材料固定蛋白修饰电极及其制备方法和应用 |
| CN104977341A (zh) * | 2015-06-18 | 2015-10-14 | 青岛科技大学 | 石墨烯-类水滑石片-石墨相氮化碳复合材料固定蛋白修饰电极及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HONGWEI GAO等: "Application of a hydroxyl functionalized ionic liquid modified electrode for the sensitive detection of adenosine-50-monophosphate", 《JOURNAL OF ELECTROANALYTICAL CHEMISTRY》 * |
| TIANRONG ZHAN等: "Direct electrochemistry and electrocatalysis of hemoglobin immobilized in layered double hydroxides modified with amino functionalized ionic liquid through coprecipitation technique", 《SENSORS AND ACTUATORS B: CHEMICAL》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109085222A (zh) * | 2018-08-10 | 2018-12-25 | 青岛科技大学 | 离子液体功能化石墨烯弧菌dna电化学传感器及其制备方法和应用 |
| CN109142477A (zh) * | 2018-08-10 | 2019-01-04 | 青岛科技大学 | 一种弧菌dna电化学传感器及其制备方法和应用 |
| CN109142476A (zh) * | 2018-08-14 | 2019-01-04 | 青岛科技大学 | 功能化二硫化钼纳米片复合膜修饰电极及其制备方法和检测应用 |
| CN109142476B (zh) * | 2018-08-14 | 2020-07-07 | 青岛科技大学 | 功能化二硫化钼纳米片复合膜修饰电极及其制备方法和检测应用 |
| CN110455895A (zh) * | 2019-08-20 | 2019-11-15 | 青岛科技大学 | 硫堇功能化还原的氧化石墨烯/类水滑石的电化学dna传感器及其制备方法和应用 |
| CN111458387A (zh) * | 2020-05-27 | 2020-07-28 | 青岛科技大学 | 一种GSH@AgNCs/MgAl-ELDH修饰电极的制备方法 |
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