CN113686936B - 一种用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于蔗糖检测芯片技术领域，涉及一种用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备方法。纳米传感浆料的合成步骤为：氧化铈纳米棒溶液的配置及合成；Cu‑Co普鲁士蓝类似物合成液C、D的配制；Cu‑Co普鲁士蓝类似物在氧化铈纳米棒悬浮液中的合成。复合材料经过离心、烘干与导电碳油墨按一定比例混合，通过加入乙醇使混合浆料达到可印刷状态，进而借助丝网印刷技术制得生物传感芯片。该浆料合成方法简单、过程可控、易于实现产品化，能将工作电位控制在‑0.2V这样的低电位，对产物过氧化氢检测有极宽线性范围，满足不同市场的蔗糖浓度检测需求。

Description

一种用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备方法
技术领域
本发明属于蔗糖检测芯片技术领域，涉及一种用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备方法。
背景技术
蔗糖是一种常见的双糖,由一分子葡萄糖的半缩醛羟基与一分子果糖的半缩醛羟基脱水缩合而成。蔗糖普遍存在于植物界的根、茎、叶及果实中，在甘蔗、甜菜及槭树汁中含量尤为丰富，是食用糖的主要成分，也是重要的食品和甜味调味品。除了作为甜味剂外，蔗糖也作为酵母的营养剂，在发酵过程中，蔗糖含量过高会抑制发酵反应的进行，反之过低会导致微生物的死亡而达不到发酵效果。因此，制备一种有效的检测设备和方法能够精确地检测出蔗糖的浓度，对于食品分析、发酵行业乃至人类健康都具有重要意义。
目前市场上常见的蔗糖检测方法有色谱法、分光光度法、定性化学方法、折光法、旋光法等，这些方法或者需要昂贵和笨重的设备，或者存在耗时和操作复杂等劣势，不能同时满足快速、精准检测的要求。电化学生物传感是一种新型技术，通过生物分子之间的特异性识别作用将目标分子与其反应信号转化成电信号，如电容、电流、电位、电导率等，从而实现对目标分析物的快速精准检测。
发明内容
本发明针对传统蔗糖检测中存在的问题提出一种新型的用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备方法。本发明的目的在于制备出氧化铈、Cu-Co普鲁士蓝类似物复合材料与导电碳油墨混合的纳米传感浆料，可用于电极的印刷。
为了达到上述目的，本发明是采用下述的技术方案实现的：
一种用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备方法，其具体步骤如下：
（1）氧化铈纳米材料的制备：以七水合氯化亚铈为铈源，溶于去离子水中，制得溶液A；以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为表面活性剂，溶于去离子水中，制得溶液B。将A、B溶液混合并搅拌至澄清透明，加入氨水控制pH，将悬浮液转入水热釜，在高温下一段时间后取出合成的纳米氧化铈悬浮液，经过离心、清洗得到纳米氧化铈沉淀，将材料放入烘箱一段时间得到氧化铈粉末；
（2）Cu-Co普鲁士蓝类似物合成液C、D的配制：配制普鲁士蓝类似物合成液C为六氰基钴(III)酸钾与去离子水混合溶液；配制普鲁士蓝类似物合成液D为二水合氯化铜与去离子水的混合，在合成液D中含有柠檬酸钠作为表面活性剂。
（3）Cu-Co普鲁士蓝类似物在氧化铈纳米棒悬浮液中的合成：将步骤（1）合成的氧化铈粉末分散在去离子水的烧杯里，并将烧杯至于一定温度的水浴锅中，然后把步骤（2）制得的合成液C、D取出相同体积，装在注射泵以相同的速度滴入烧杯中，微速合成纳米复合物溶液。
（4）纳米传感浆料的制备：步骤（3）合成的纳米复合物溶液复合材料经过离心、烘干与导电碳油墨按一定比例混合得到泥状的浆料，通过加入乙醇使混合浆料达到可供印刷的粘度。
上述步骤制备的纳米传感浆料，用在芯片中的典型步骤如下：
芯片电极的制备：通过丝网印刷技术在底板材料上印刷出基底电极，以氯化银油墨为印刷参比电极油墨，以碳油墨为印刷对电极油墨，以步骤（4）制得纳米传感浆料为印刷工作电极油墨。底板材料可以为PVC、PET、氧化铝、陶瓷、金、银或铂中的一种。
酶溶液的制备：将蔗糖水解酶、变旋酶、葡萄糖氧化酶分别与溶剂混合，在制得的酶溶液中加入适量交联剂，各自移入离心管中备用；溶剂为去离子水、磷酸缓冲液中的一种；交联剂为双环氧己烷、双亚胺甲脂、戊二醛中的一种；混合得到的酶溶液中蔗糖水解酶的浓度为0.1-10u/μL，葡萄糖变旋酶的浓度为0.1-10u/μL，葡萄糖氧化酶的浓度为0.1-10u/μL。
蔗糖生物传感芯片的制备：先在芯片工作电极表面以溶液润湿一段时间，用纸巾擦去多余溶液，将三种酶溶液按一定顺序先后滴在工作电极表面，待芯片表面完全干燥，移入冰箱保存、备用。溶液为去离子水、磷酸缓冲液中的一种；芯片保存温度在2-8℃。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（1）中溶液A离子浓度范围为0.001-0.1M，溶液B离子浓度范围为0.001-0.01M，加入氨水后的混合溶液的pH值为7-12，合成温度为90-180℃，合成时间为8h-24h，离心速率为6000 -12000r/min，离心时间为5-20min，干燥温度为50-80℃，干燥时间为6-12h。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（2）中所述合成液C中阴离子浓度为0.005-0.03M，合成液D中阳离子浓度为0.005-0.03M，其中合成液D中柠檬酸钠的浓度为0.01-0.05M。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（3）中所述氧化铈纳米棒均匀分散在去离子水中控制氧化铈的浓度在0.001 -0.01g/mL，普鲁士蓝类似物合成液C、D滴入烧杯的速度控制在300 -600μL/min，合成温度为25-55℃，老化时间为6 -24h。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（4）中所述离心速率为6000 -12000r/min，离心时间为5-20min，干燥温度为50-80℃，干燥时间为6-12h，纳米复合材料与碳油墨质量比为1:1-1:50，烘干温度为30-80℃，烘干时间为0.5-1h，印刷浆料粘度的测定可使用VT-04E粘度检测仪，印刷粘度控制在50-150dpa·S。
其中丝网印刷芯片在具备良好的电化学性能的同时，保持设计灵活、成本低廉、结构简单、重复性好、易于集成化和微型化的特点而被广泛关注。丝网印刷芯片的核心为浆料，由于纳米电催化材料具有极高的传感性能，因此，本专利以高电催化性能的普鲁士蓝类似物（Cu-Co PBA）为电极材料，通过精确控制其纳米结构与氧化铈纳米棒的复合，在提高酶固定稳定性的同时，也能对产物过氧化氢起到良好的宽线性范围的电流响应，并且能将传感芯片的工作电位控制在-0.2V使其具备良好的抗干扰性能，从而满足不同市场的蔗糖浓度检测需求。
一般来说，高电点的材料对吸附低等电点的蛋白质包括酶有独特的优势，其中蔗糖芯片用到的蔗糖水解酶（INV）IEP在5.0、葡萄糖氧化酶（GOD）IEP在4.2，氧化铈（IEP~9）作为一种高IEP的金属氧化物材料，能作为固定多种酶的优势条件。因此这种纳米传感浆料在具备高电导率和高催化性能的同时，还可以有效的实现酶的固定，对于蔗糖生物传感器这类需要固定多种酶来进行检测的情况存在一定优势，并且由于Cu-Co PBA的存在不仅能将工作电位控制在-0.2V这样的低电位，有良好的抗干扰性能，还能实现对于产物过氧化氢检测的极宽线性范围，使得对于蔗糖检测的线性范围得到大幅提升，满足不同市场的蔗糖浓度检测需求。该浆料的制备工艺简单，成本较低，适用于大规模的生产应用，并且具有很好的市场应用前景。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1.本发明合成的纳米印刷传感浆料对于蔗糖检测具有独特优势，其中氧化铈材料具有高等电点（IEP~9.0），对吸附低等电点的蛋白质包括酶有独特的优势，由于蔗糖水解酶（INV）IEP=5.0，葡萄糖氧化酶（GOD）IEP=4.2，使用氧化铈材料对三种酶的固定具有良好的优势；同时合成的氧化铈材料属于纳米尺寸，纳米材料不光具有广泛的分析物检测范围，而且能够有效克服了物种干扰、低信号输出、滞后信号响应的问题，再者由于Cu-Co PBA纳米材料的存在不仅能将工作电位控制在-0.2V这样的低电位，拥有良好的抗干扰性能，还能实现对于产物过氧化氢检测的极宽线性范围，使得对于蔗糖检测的线性范围得到大幅提升，两者复合能满足发酵市场的浓度检测需求。
2.本发明是基于丝网印刷技术和测蔗糖三酶体系的传感芯片制备工艺，电流型酶生物传感器是产业化运用最为成熟的生物传感器。主要是基于探测生物识别或者化学反应中的电活性物质，通过固定工作电极的电位给电活性的电子转移反应提供驱动力，探测电流随时间的变化，该电流直接测量了电子转移反应的速度，反映了生物分子识别的速度。具有稳定性好、生物分析精度高、分析成本低、应用范围广和分析速度快的特点。
附图说明
图1为实施例1通过水热法合成的氧化铈的扫描电镜图。
图2为实施例1通过水热法合成的氧化铈的X射线衍射图。
图3为实施例1合成的Cu-Co PBA材料在不同电位下对于最终检测产物H2O2的计时电流图。
图4为实施例1合成的Cu-Co PBA材料在打入相同浓度的H2O2的循环伏安图。
图5为实施例1在-0.2V工作电位下Cu-Co PBA对于最终检测产物H2O2线性范围的计时电流图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
若无特殊说明，下述实施例中用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备过程为，首先以七水合氯化亚铈为铈源，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为表面活性剂，氨水为沉淀剂并起调节pH的作用，通过简单的水热法合成纳米棒结构的氧化铈材料。取出一定量的氧化铈粉末分散在装有去离子水的烧杯里，并将烧杯至于一定温度的水浴锅中，然后把Cu-Co普鲁士蓝类似物合成液A、B取出相同体积，装在注射泵以相同的速度滴入烧杯中，微速合成纳米复合物溶液，将得到的氧化铈材料与碳油墨按一定质量比例混合形成可拉丝具备印刷特征的纳米传感浆料。
芯片制备过程为：以制得的混合油墨作为印刷工作电极的油墨，以氯化银浆料作为印刷参比电极的油墨，以碳油墨作为印刷对电极的油墨，利用丝网印刷技术在PVC底板材料上印刷出三电极生物传感芯片。将三种酶分别与PBS按比例混合，同时加入25％(v/v)的戊二醛进行交联制得酶溶液，在生物传感芯片的工作电极上依次进行酶的固化，待电极表面干燥，最终制得蔗糖生物传感芯片，转入冰箱-4℃保存备用。
实施例1
一种用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备方法，包括如下：
(1)称取0.037258g（0.1mmol）七水合氯化亚铈溶于100mL去离子水中，搅拌溶液至澄清透明，得到溶液A，称取2.9g（0.1mmol）聚乙烯吡咯烷酮溶于100mL去离子水中，搅拌溶液至澄清透明，得到溶液B，将溶液A、B混合并继续搅拌30min，在混合溶液中加入3mL左右的氨水使PH=7，此时溶液变成淡红色絮状悬浮液，继续搅拌30min后将此悬浮液转入水热釜中，水热釜温度控制在90℃，加热时间为24h，水热反应结束后，产物冷却至室温，取出移入50ml离心管中，加入乙醇离心三次后再加入去离子水清洗三次，设置离心机转速为6000r/min，离心时间为20min。结束后倒出废液，将离心沉淀物放入烘箱，加热温度为50℃，加热时间为12h，达到时间取出，研磨后得到氧化铈粉末。氧化铈粉末的微观形貌如附图1所示。
（2）配制普鲁士蓝类似物合成液C为六氰基钴(III)酸钾与去离子水混合溶液100mL，其中阴离子浓度为0.005M；配制普鲁士蓝类似物合成液D为二水合氯化铜与去离子水的混合溶液100mL，在合成液D中加入柠檬酸钠作为表面活性剂，其中阳离子浓度为0.005M，柠檬酸钠浓度为0.01M。将其各自倒入100mL注射器中，固定在注射泵备用。
（3）取出均匀分散在去离子水中的0.001g/mL的氧化铈纳米棒（步骤1得到的粉末加入水混合均匀）溶液20ml于烧杯中，并将烧杯置于25℃的水浴锅中，注射泵均以300μL/min的速度滴入烧杯，微速合成纳米复合物悬浮液。将悬浮液用去离子水清洗， 6000r/min离心20min，重复三次，将其烘干，烘干温度设为50℃，烘干时间为12h，得到粉末样材料。
（4）称取1g步骤（3）得到的粉末样材料与1g碳油墨混合，质量比为（1:1），加入乙醇0.5mL，单方向搅拌使油墨达到印刷要求。
（5）通过丝网印刷技术在PVC底板材料上印刷出基底电极，以氯化银油墨为印刷参比电极油墨，以碳油墨为印刷对电极油墨，以步骤（4）制得的混合油墨为印刷工作电极油墨。
（6）取25U蔗糖水解酶、25U变旋酶、250U葡萄糖氧化酶各自溶于100μL的磷酸缓冲液中，分别在酶溶液中加入1μL的25％(v/v)的戊二醛用于交联，移入离心管备用。
（7）在生物传感芯片的工作电极表面用磷酸缓冲液润湿，静置3min后用无尘纸点吸，按照蔗糖水解酶、变旋酶、葡萄糖氧化酶的顺序各自取5μl酶溶液逐一在工作电极表面固定，待工作电极表面完全干燥，即制得蔗糖生物传感芯片，将其移入冰箱保存、备用。
通过计时安培电流测试：本实施例所得的生物传感芯片对蔗糖和葡萄糖的检测灵敏度较高，为58.12μA·mM -1 ·cm -2，检测极限低至0.1μM，检测范围为0-1.3M。测试后，将修饰电极于0℃下置于pH为7.0的PBS缓冲溶液中一周，其响应信号基本不变；一个月后，其响应信号为初始信号的98％；三个月后，其响应信号仍为初始信号的95％，这表明该浆料的稳定性很好。
由图1的SEM表征可知，利用步骤（1）合成的氧化铈纳米棒结构稳定，分布均匀，说明合成材料的质量稳定可控，便于产业化传感浆料的制备。
由图2的XRD表征可知，利用步骤（1）合成的氧化铈纳米棒与标准卡片衍射峰重合度高，且峰形尖锐，说明合成的氧化铈纳米材料纯度高，结晶度好。
由图3的CV电化学表征可知，随着打入过氧化氢浓度的增加，氧化还原峰均出现明显的变化，说明材料对于过氧化氢的响应性很高，可以满足对蔗糖的电化学检测。
由图4的I-t电化学表征可知，随着设置电位的改变，Cu-Co PBA对于过氧化氢的灵敏度也随之变化，首先对正负电位进行考察，发现-0.1V电位相较于+0.1V的电位有更高的灵敏度，于是继续考察负电位对灵敏度的影响，当电位从-0.1V增加到-0.3V时，灵敏度发生明显增加，考虑到高电位带来的抗干扰性差和对于高灵敏度的要求，将电位控制在-0.2V。
由图5的I-t电化学表征可知，在-0.2V的电位下，该Cu-Co PBA材料对过氧化氢表现出0-1.8M的极宽的线性范围，该材料对于增加蔗糖检测的线性范围十分有优势。
实施例2
一种用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备方法，包括如下：
(1)称取0.1864g（0.5mmol）七水合氯化亚铈溶于100mL去离子水中，搅拌溶液至澄清透明，得到溶液A，称取5.8g（0.2mmol）聚乙烯吡咯烷酮溶于100mL去离子水中，搅拌溶液至澄清透明，得到溶液B，将溶液A、B混合并继续搅拌30min，在混合溶液中加入4ml的氨水使PH=8，同时溶液变成淡红色絮状悬浮液，继续搅拌30min后将此悬浮液转入水热釜中，烘箱温度控制在110℃，加热时间为20h，冷却至室温后取出移入50ml离心管中，加入水、乙醇各离心、清洗三次，设置离心机转速为7000r/min，离心时间为16min。结束后倒出废液，将材料放入烘箱，加热温度为55℃，加热时间为10h，达到时间取出，研磨后得到氧化铈粉末。微观形貌与附图1无明显差别。
（2）配制普鲁士蓝类似物合成液C为六氰基钴(III)酸钾与去离子水混合溶液100mL，其中阴离子浓度为0.01M；配制普鲁士蓝类似物合成液D为二水合氯化铜与去离子水的混合溶液100mL，在合成液D中加入柠檬酸钠作为表面活性剂，其中阳离子浓度为0.01M，柠檬酸钠浓度为0.02M。将其各自倒入100mL注射器中，固定在注射泵备用。
（3）取出均匀分散在去离子水中的0.002g/mL的氧化铈纳米棒（步骤1得到的粉末加入水混合均匀）溶液25ml于烧杯中，并将烧杯至于30℃的水浴锅中，注射泵以400μL/min的速度滴入烧杯，微速合成纳米复合物悬浮液。将悬浮液用去离子水清洗， 7000r/min离心16min，重复三次，将其烘干，烘干温度设为55℃，烘干时间为10h，得到粉末样材料。
（4）称取1g步骤（3）得到的粉末样材料与10g碳油墨混合，质量比为（1:10），加入乙醇0.8mL，单方向搅拌使油墨达到印刷要求。
（5）通过丝网印刷技术在PVC底板材料上印刷出基底电极，以氯化银油墨为印刷参比电极油墨，以碳油墨为印刷对电极油墨，以步骤（4）制得的混合油墨为印刷工作电极油墨。
（6）取30U蔗糖水解酶、30U变旋酶、300U葡萄糖氧化酶各自溶于100μL的磷酸缓冲液中，分别在酶溶液中加入1μL的25％(v/v)的戊二醛用于交联，移入离心管备用。
（7）在生物传感芯片的工作电极表面用磷酸缓冲液润湿，静置3min后用无尘纸点吸，按照蔗糖水解酶、变旋酶、葡萄糖氧化酶的顺序各自取5μl酶溶液逐一在工作电极表面固定，待工作电极表面完全干燥，即制得蔗糖生物传感芯片，将其移入冰箱保存、备用。
通过计时安培电流测试可知：此例所得的生物传感芯片对蔗糖和葡萄糖的检测灵敏度较高，为56.24μA·mM -1 ·cm -2，检测极限低至0.2μM，检测范围为0-1.3M。实验后，将修饰电极于0℃下置于pH为7.0的PBS缓冲溶液中一周，其响应信号基本不变；一个月后，其响应信号为初始信号的97％；三个月后，其响应信号仍为初始信号的93％，这表明该浆料的稳定性很好。
实施例3
一种用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备方法，包括如下：
(1)称取0.74516g（2mmol）七水合氯化亚铈溶于100mL去离子水中，搅拌溶液至澄清透明，得到溶液A，称取14.5g（0.5mmol）聚乙烯吡咯烷酮溶于100mL去离子水中，搅拌溶液至澄清透明，得到溶液B，将溶液A、B混合并继续搅拌30min，在混合溶液中加入5mL的氨水使PH=9，同时溶液变成淡红色絮状悬浮液，继续搅拌30min后将此悬浮液转入水热釜中，烘箱温度控制在135℃，加热时间为16h，冷却至室温后取出移入50ml离心管中，加入水、乙醇各离心、清洗三次，设置离心机转速为8000r/min，离心时间为12min。结束后倒出废液，将材料放入烘箱，加热温度为60℃，加热时间为9h，达到时间取出，研磨后得到氧化铈粉末。微观形貌与附图1无明显差别。
（2）配制普鲁士蓝类似物合成液C为六氰基钴(III)酸钾与去离子水混合溶液100mL，其中阴离子浓度为0.015M；配制普鲁士蓝类似物合成液D为二水合氯化铜与去离子水的混合溶液100mL，在合成液D中加入柠檬酸钠作为表面活性剂，其中阳离子浓度为0.015M，柠檬酸钠浓度为0.03M。将其各自倒入100mL注射器中，固定在注射泵备用。
（3）取出均匀分散在去离子水中的0.005g/mL的氧化铈纳米棒溶液30ml于烧杯中，并将烧杯至于35℃的水浴锅中，注射泵以450μL/min的速度滴入烧杯，微速合成纳米复合物悬浮液。将悬浮液用去离子水清洗，8000r/min离心12min，重复三次，将其烘干，烘干温度设为60℃，烘干时间为9h，得到粉末样材料。
（4）称取1g步骤（3）得到的粉末样材料与25g碳油墨混合，质量比为（1:25），加入乙醇1.5mL，单方向搅拌使油墨达到印刷要求。
（5）通过丝网印刷技术在PVC底板材料上印刷出基底电极，以氯化银油墨为印刷参比电极油墨，以碳油墨为印刷对电极油墨，以步骤（4）制得的混合油墨为印刷工作电极油墨。
（6）取35U蔗糖水解酶、35U变旋酶、350U葡萄糖氧化酶各自溶于100μL的磷酸缓冲液中，分别在酶溶液中加入1μL的25％(v/v)的戊二醛用于交联，移入离心管备用。
（7）在生物传感芯片的工作电极表面用磷酸缓冲液润湿，静置5min后用无尘纸点吸，按照蔗糖水解酶、变旋酶、葡萄糖氧化酶的顺序各自取5μl酶溶液逐一在工作电极表面固定，待工作电极表面完全干燥，即制得蔗糖生物传感芯片，将其移入冰箱保存、备用。
通过计时安培电流测试可知：此例所得的生物传感芯片对蔗糖和葡萄糖的检测灵敏度较高，为55.62μA·mM -1 ·cm -2，检测极限低至0.2μM，检测范围为0-1.4M。实验后，将修饰电极于0℃下置于pH为7.0的PBS缓冲溶液中一周，其响应信号基本不变；一个月后，其响应信号为初始信号的97％；三个月后，其响应信号仍为初始信号的94％，这表明该浆料的稳定性很好。
实施例4
一种用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备方法，包括如下：
(1)称取1.8629g（5mmol）七水合氯化亚铈溶于100mL去离子水中，搅拌溶液至澄清透明，得到溶液A，称取23.2g（0.8mmol）聚乙烯吡咯烷酮溶于100mL去离子水中，搅拌溶液至澄清透明，得到溶液B，将溶液A、B混合并继续搅拌30min，在混合溶液中加入6ml的氨水使PH=10，同时溶液变成淡红色絮状悬浮液，继续搅拌30min后将此悬浮液转入水热釜中，烘箱温度控制在150℃，加热时间为12h，冷却至室温后取出移入50ml离心管中，加入水、乙醇各离心、清洗三次，设置离心机转速为10000r/min，离心时间为8min。结束后倒出废液，将材料放入烘箱，加热温度为70℃，加热时间为8h，达到时间取出，研磨后得到氧化铈粉末。微观形貌与附图1无明显差别。
（2）配制普鲁士蓝类似物合成液C为六氰基钴(III)酸钾与去离子水混合溶液100mL，其中阴离子浓度为0.02M；配制普鲁士蓝类似物合成液D为二水合氯化铜与去离子水的混合溶液100mL，在合成液D中加入柠檬酸钠作为表面活性剂，其中阳离子浓度为0.02M，柠檬酸钠浓度为0.04M。将其各自倒入100mL注射器中，固定在注射泵备用。
（3）取出均匀分散在去离子水中的0.008g/mL的氧化铈纳米棒溶液40ml于烧杯中，并将烧杯至于45℃的水浴锅中，注射泵以500μL/min的速度滴入烧杯，微速合成纳米复合物悬浮液。将悬浮液用去离子水清洗，10000r/min离心8min，重复三次，将其烘干，烘干温度设为70℃，烘干时间为8h，得到混合材料粉末样。
（4）称取1g步骤（3）得到的粉末样材料与35g碳油墨混合，质量比为（1:35），加入乙醇2mL，单方向搅拌使油墨达到印刷要求。
（5）通过丝网印刷技术在PVC底板材料上印刷出基底电极，以氯化银油墨为印刷参比电极油墨，以碳油墨为印刷对电极油墨，以步骤（4）制得的混合油墨为印刷工作电极油墨。
（6）取40U蔗糖水解酶、40U变旋酶、400U葡萄糖氧化酶各自溶于100μL的磷酸缓冲液中，分别在酶溶液中加入1μL的25％(v/v)的戊二醛用于交联，移入离心管备用。
（7）在生物传感芯片的工作电极表面用磷酸缓冲液润湿，静置5min后用无尘纸点吸，按照蔗糖水解酶、变旋酶、葡萄糖氧化酶的顺序各自取5μl酶溶液逐一在工作电极表面固定，待工作电极表面完全干燥，即制得蔗糖生物传感芯片，将其移入冰箱保存、备用。
通过计时安培电流测试可知：此例所得的生物传感芯片对蔗糖和葡萄糖的检测灵敏度较高，为59.32μA·mM -1 ·cm -2，检测极限低至0.3μM，检测范围为0-1.3M。实验后，将修饰电极于0℃下置于pH为7.0的PBS缓冲溶液中一周，其响应信号基本不变；一个月后，其响应信号为初始信号的97％；三个月后，其响应信号仍为初始信号的93％，这表明该浆料的稳定性很好。
实施例5
一种用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备方法，包括如下：
(1)称取3.7258g（10mmol）七水合氯化亚铈溶于100mL去离子水中，搅拌溶液至澄清透明，得到溶液A，称取29g（1mmol）聚乙烯吡咯烷酮溶于100mL去离子水中，搅拌溶液至澄清透明，得到溶液B，将溶液A、B混合并继续搅拌30min，在混合溶液中加入7ml的氨水使PH=12，同时溶液变成淡红色絮状悬浮液，继续搅拌30min后将此悬浮液转入水热釜中，烘箱温度控制在180℃，加热时间为8h，冷却至室温后取出移入50ml离心管中，加入水、乙醇各离心、清洗三次，设置离心机转速为12000r/min，离心时间为5min。结束后倒出废液，将材料放入烘箱，加热温度为80℃，加热时间为6h，达到时间取出，研磨后得到氧化铈粉末。微观形貌与附图1无明显差别。
（2）配制普鲁士蓝类似物合成液C为六氰基钴(III)酸钾与去离子水混合溶液100mL，其中阴离子浓度为0.03M；配制普鲁士蓝类似物合成液D为二水合氯化铜与去离子水的混合溶液100mL，在合成液D中加入柠檬酸钠作为表面活性剂，其中阳离子浓度为0.03M，柠檬酸钠浓度为0.05M。将其各自倒入100mL注射器中，固定在注射泵备用。
（3）取出均匀分散在去离子水中的0.01g/mL的氧化铈纳米棒溶液40ml于烧杯中，并将烧杯至于55℃的水浴锅中，注射泵以600μL/min的速度滴入烧杯，微速合成纳米复合物悬浮液。将悬浮液用去离子水清洗，12000r/min离心6min，重复三次，将其烘干，烘干温度设为60℃，烘干时间为6h，得到混合材料粉末样。
（4）称取1g步骤（3）得到的粉末样材料与50g碳油墨混合，质量比为（1:50），加入乙醇2.5mL，单方向搅拌使油墨达到印刷要求。
（5）通过丝网印刷技术在PVC底板材料上印刷出基底电极，以氯化银油墨为印刷参比电极油墨，以碳油墨为印刷对电极油墨，以步骤（4）制得的混合油墨为印刷工作电极油墨。
（6）取40U蔗糖水解酶、40U变旋酶、400U葡萄糖氧化酶各自溶于100μL的磷酸缓冲液中，分别在酶溶液中加入1μL的25％(v/v)的戊二醛用于交联，移入离心管备用。
（7）在生物传感芯片的工作电极表面用磷酸缓冲液润湿，静置5min后用无尘纸点吸，按照蔗糖水解酶、变旋酶、葡萄糖氧化酶的顺序各自取5μl酶溶液逐一在工作电极表面固定，待工作电极表面完全干燥，即制得蔗糖生物传感芯片，将其移入冰箱保存、备用。
通过计时安培电流测试可知：此例所得的生物传感芯片对蔗糖和葡萄糖的检测灵敏度较高，为55.32μA·mM -1 ·cm -2，检测极限低至0.4μM，检测范围为0-1.5M。实验后，将修饰电极于0℃下置于pH为7.0的PBS缓冲溶液中一周，其响应信号基本不变；一个月后，其响应信号为初始信号的96％；三个月后，其响应信号仍为初始信号的92％，这表明该浆料的稳定性很好。
本发明涉及了一种用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备方法，属于生物分析技术领域。纳米传感浆料的合成步骤为：氧化铈纳米棒溶液的配置及合成；Cu-Co普鲁士蓝类似物合成液A、B的配制；Cu-Co普鲁士蓝类似物在氧化铈纳米棒悬浮液中的合成。复合材料经过离心、烘干与导电碳油墨按一定比例混合，通过加入乙醇使混合浆料达到可印刷状态，进而借助丝网印刷技术制得生物传感芯片。该浆料合成方法简单、过程可控、易于实现产品化，基于氧化铈高等电点的特性可以对低等电点的蛋白质包括酶有良好的吸附性能，对于蔗糖检测过程中需要面临多种酶的固定的问题具备一定优势，且基于Cu-Co PBA的存在，不仅能将工作电位控制在-0.2V这样的低电位，在拥有优异抗干扰性能的同时，还能实现对于产物过氧化氢检测的极宽线性范围，使得对于蔗糖检测的线性范围得到大幅提升，从而能够满足不同市场的蔗糖浓度检测需求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）氧化铈纳米材料的制备
以七水合氯化亚铈为铈源，溶于去离子水中，制得溶液A；以聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂，溶于去离子水中，制得溶液B；将溶液A、溶液B混合并搅拌至澄清透明，加入氨水控制pH后转入水热釜，水热合成反应后取出冷却，然后离心、清洗得到纳米氧化铈沉淀，烘干，得到氧化铈粉末；
（2）Cu-Co普鲁士蓝类似物合成液的配制
六氰基钴(III)酸钾与去离子水混合得到普鲁士蓝类似物合成液C；二水合氯化铜与去离子水混合并加入柠檬酸钠得到普鲁士蓝类似物合成液D；
（3）纳米复合物溶液的合成
将步骤（1）得到的氧化铈粉末分散在去离子水中，水浴加热，然后分别取步骤（2）制得的合成液C、D相同体积，分别装入注射泵以相同的速度滴入，微速合成纳米复合物溶液，滴加完后老化反应；
（4）纳米传感浆料的制备
步骤（3）老化反应后的纳米复合物溶液离心、烘干后，与导电碳油墨混合得到泥状的浆料，加入乙醇使混合浆料达到印刷所需的粘度。
2.根据权利要求1所述用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述溶液A离子浓度范围为0.001-0.1M，溶液B离子浓度范围为0.001-0.01M，加入氨水后pH值为7-12，水热合成温度为90-180℃，水热合成时间为8-24h；离心速率为6000 -12000r/min，离心时间为5-20min，干燥温度为50-80℃，干燥时间为6-12h。
3.根据权利要求1所述用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述合成液C中阴离子浓度为0.005-0.03M，合成液D中阳离子浓度为0.005-0.03M，合成液D中柠檬酸钠的浓度为0.01-0.05M。
4.根据权利要求1所述用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述氧化铈粉末在去离子水中的浓度为0.001 -0.01g/mL，合成液C和合成液D滴加速度为300 -600μL/min，合成温度为25-55℃，滴加完后老化时间为6 -24h。
5.根据权利要求1所述用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中离心速率为6000 -12000r/min，离心时间为5-20min，烘干温度为50-80℃，烘干时间为6-12h，纳米复合材料与碳油墨质量比为1:1-1:50，印刷浆料粘度为50 -150dpa·S。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103708528A (zh) * 2014-01-03 2014-04-09 东华大学 一种尺寸可控的纳米二氧化铈的制备方法
CN106226376B (zh) * 2016-10-09 2019-07-05 南京膜材料产业技术研究院有限公司 一种可供电极印刷的纳米浆料的制备方法
CN108017081B (zh) * 2017-12-19 2020-03-24 清华大学 一种纳米氧化铈颗粒的制备方法
CN108732221A (zh) * 2018-04-12 2018-11-02 南京工业大学 一种电极印刷浆料的制备方法
CN109444238B (zh) * 2018-11-23 2021-02-02 杭州电子科技大学 一种碳纳米材料修饰的电化学传感器的制备方法及应用
AU2019101136A4 (en) * 2019-09-30 2019-10-31 Chen, Qianqian Miss Synthesis of multi-metal cubic nanozymes with peroxidase mimetic activity for the colorimetric detection of ascorbic acid
CN111732121A (zh) * 2020-07-13 2020-10-02 济南大学 一种CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针及其制备方法
CN112014447A (zh) * 2020-08-31 2020-12-01 南京工业大学 一种简易的蔗糖生物传感器的制备方法
CN112429761A (zh) * 2021-01-04 2021-03-02 济南大学 一种铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料的制备方法
CN112794357A (zh) * 2021-03-29 2021-05-14 安徽景成新材料有限公司 一种水热法合成纳米氧化铈的方法

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