一种制备酶传感器的过氧化氢的检测方法

摘要

一种制备酶传感器的过氧化氢的检测方法，该方法利用辣根过氧化物酶对过氧化氢的高催化性能，甲苯胺蓝‑石墨烯复合物对电极催化过氧化氢的信号放大作用，石墨烯的优良的导电性和大比表面积等特性，将辣根过氧化物酶修饰电极作为工作电极，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂电极，组成三电极体系，实现对过氧化氢的高灵敏检测；所述方法通过电聚合把酶负载在有机染料非共价功能化的石墨烯表面制备酶传感器。本发明通过电聚合把酶负载在有机染料非共价功能化的石墨烯表面制备酶传感器，由于功能化的石墨烯具有良好的电化学性能，将其引入到酶传感器中显著地提高了酶传感器的性能。本发明适用于酶传感器测定过氧化氢。

权利要求

1.一种制备酶传感器的过氧化氢的检测方法，其特征在于，所述方法利用辣根过氧化物酶对过氧化氢的高催化性能，甲苯胺蓝-石墨烯复合物对电极催化过氧化氢的信号放大作用，石墨烯的优良的导电性和大比表面积等特性，将辣根过氧化物酶修饰电极作为工作电极，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂电极，组成三电极体系，实现对过氧化氢的高灵敏检测；所述方法通过电聚合把酶负载在甲苯胺蓝非共价功能化的石墨烯表面制备酶传感器；

所述方法的具体步骤为：

(1)以石墨粉为原材料，通过Hummers氧化法制得氧化石墨烯，通过肼还原，制得石墨烯；

(2)将0.5～2.0mmol/L的石墨烯与0.2～1.0mmol/L的甲苯胺蓝混合，超声10～24h，制得石墨烯-甲苯胺蓝复合物，离心后用水洗涤，将石墨烯-甲苯胺蓝复合物用水透析12～

24h，除去未反应的甲苯胺蓝；

(3)取5～20μl的石墨烯-甲苯胺蓝复合物均匀的滴加在干净的玻碳电极表面，室温下自然晾干，用去离子水冲洗干净，得到石墨烯-甲苯胺蓝修饰电极；

(4)将石墨烯-甲苯胺蓝修饰电极置于甲苯胺蓝和辣根过氧化物酶的溶液中，进行循环伏安法扫描，得到电聚合甲苯胺蓝/辣根过氧化物酶/石墨烯-甲苯胺蓝修饰电极，该酶修饰电极即为目标酶传感器。

2.根据权利要求1所述的一种制备酶传感器的过氧化氢的检测方法，其特征在于，所述循环伏安法扫描电压为-0.7～0.8V；循环伏安法扫描5～50圈，扫描速率50～200mV/s。

3.根据权利要求1所述的一种制备酶传感器的过氧化氢的检测方法，其特征在于，所述甲苯胺蓝溶液浓度为0.2～1.0mmol/L；辣根过氧化物酶的溶液浓度为1.0～4.0mg/Ml。

说明书

一种制备酶传感器的过氧化氢的检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种制备酶传感器的过氧化氢的检测方法，尤其是涉及一种基于石墨烯-有机染料-辣根过氧化物酶电聚合制备酶传感器的过氧化物的检测方法，本发明属于生物传感和电分析化学检测技术领域。

背景技术

[0002] 石墨烯是由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的二维碳质新材料，具有大的比表面积、高的导电性、较好的机械稳定性和良好的生物相容性等特性，使其在电化学生物传感领域具有很好的应用。但是由于石墨烯的片层之间的强烈的π-π作用使其在溶液中的分散性受到严重影响，很容易发生聚集沉淀，限制了其在电化学生物传感器中的应用，因此有必要对石墨烯进行共价功能化或非共价功能化对其改性以实现石墨烯在溶液中的分散。共价功能化会破坏石墨烯原有的结构特征，使其本征性能受到不同程度的影响。而非共价功能化能较好的保持石墨烯的固有性能，因此近年来受到了广泛关注。

[0003] 硫堇、甲苯胺蓝和亚甲基蓝等可作为氧化还原电子介体的有机染料分子非共价修饰石墨烯，一方面可以促进石墨烯在溶液中的分散，另一方面将石墨烯大的比表面积、高的导电性、好的生物相容性和电子介体优良的电催化性能和快速的电子传递性能结合起来可以研制高灵敏度的电化学传感器。

[0004] 在电化学生物传感器中，酶传感器是最具代表性的，具有选择性好、响应速度快和灵敏度高的优点。酶的固定化技术是酶传感器制备的核心部分，多种方法如吸附、共价交联、溶胶-凝胶、层层组装和电聚合等方法已被用于酶的固定化。电聚合具有方法简单和膜抗干扰性强的优点在酶传感器领域被广泛应用。吡咯、苯胺、有机染料硫堇和甲苯胺蓝已被用于酶传感器中电聚合固定化酶。

[0005] 迄今，有机染料分子电子介体非共价功能化石墨烯用于酶生物传感器的研究未见报道，本发明在有机染料电子介体非共价功能化的石墨烯修饰基础电极上通过电聚合有机染料固定化辣根过氧化物酶构建过氧化氢生物传感器。该方法在石墨烯表面负载有机染料电子介体和辣根过氧化物酶，一方面石墨烯的高导电性有利于电子的快速有效传递从而提高酶电极的灵敏度；另一方面大表面积的石墨烯可以负载电子介体和HRP的量较大，这有利于进一步提高酶电极的灵敏度。

发明内容

[0006] 本发明的目的是，针对目前检测过氧化氢的酶电极方法的灵敏度较低，提供一种基于石墨烯-有机染料-辣根过氧化物酶的电聚合制备酶传感器的检测过氧化氢的方法；在有机染料非共价功能化石墨烯的电极表面，通过电聚合方法固定化辣根过氧化物酶制备了生物传感器用于过氧化氢的检测，建立一种新的基于辣根过氧化物酶的电化学方法检测过氧化氢的方法。

[0007] 实现本发明的技术方案是，本发明方法利用辣根过氧化物酶对过氧化氢的高催化性能，甲苯胺蓝-石墨烯复合物对电极催化过氧化氢的信号放大作用，石墨烯的优良的导电性和大比表面积等特性，将辣根过氧化物酶修饰电极作为工作电极，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂电极，组成三电极体系，实现对过氧化氢的高灵敏检测；本发明通过电聚合把酶负载在有机染料非共价功能化的石墨烯表面制备酶传感器。

[0008] 本发明提出一种制备酶传感器的过氧化氢的检测方法，所述方法步骤如下：

[0009] （1）以石墨粉为原材料，通过Hummers 氧化法制得氧化石墨烯，通过肼还原，制得石墨烯。

[0010] （2）将0.5 ～2.0 mmol/L的石墨烯与0.2～1.0 mmol/L的有机染料（甲苯胺蓝，硫堇，耐尔蓝）混合，超声10～24 h，制得石墨烯-有机染料复合物，离心后用水洗涤，将石墨烯-有机染料复合物用水透析12～ 24 h， 除去未反应的有机染料。

[0011] （3）取5～20μl的石墨烯-有机染料复合物均匀的滴加在干净的玻碳电极表面，室温下自然晾干，用去离子水冲洗干净，得到石墨烯-有机染料修饰电极。

[0012] （3）将石墨烯-有机染料修饰电极置于含有0.2～1.0 mmol/L的有机染料和1.0 ～4.0 mg/mL的辣根过氧化物酶的溶液中，于-0.7～0.8 V循环伏安法扫描5～50圈，扫描速率
50～200 mV/s，得到电聚合有机染料/辣根过氧化物酶/石墨烯-有机染料修饰电极，该酶修饰电极即为目标酶传感器。

[0013] 本发明酶传感器测定过氧化氢的线性范围为5.0×10-7～1.4×10-5 mol/L，灵敏度为0.0392 A. L/mol。利用同一根玻碳电极制备五次，测定其对过氧化氢的响应电流，其相对标准偏差为1.3%，利用同一根修饰电极对H2O2十次测定的相对标准偏差为3.4%，说明该电极具有良好的重现性。该传感器置于4 ℃的环境中考察其稳定性，四周后，仍保留响应电流值的85%以上，表明该电极具有良好的稳定性。

[0014] 本发明的有益效果是，本发明通过电聚合把酶负载在有机染料非共价功能化的石墨烯表面制备酶传感器，由于功能化的石墨烯具有良好的电化学性能，将其引入到酶传感器中显著地提高了酶传感器的性能。

[0015] 本发明适用于酶传感器测定过氧化氢。

附图说明

[0016] 图1为本发明中酶传感器在0.2 mol/L PBS（pH 7.0）的循环伏安图，（a）未加过氧化氢，（b）加入1.0µmol/L的过氧化氢；

[0017] 图2为不同修饰电极对连续滴加0.50µmol/L的过氧化氢的计时电流曲线，（a）电聚合甲苯胺蓝修饰电极，（b）电聚合甲苯胺蓝/石墨烯-甲苯胺蓝修饰电极，（c）电聚合甲苯胺蓝/辣根过氧化物酶/石墨烯修饰电极（，d）电聚合甲苯胺蓝/辣根过氧化物酶/石墨烯-甲苯胺蓝修饰电极；

[0018] 图3为酶传感器对过氧化氢的计时电流曲线；

[0019] 图4为酶传感器的响应电流对过氧化氢浓度的校准曲线。

具体实施方式

[0020] 下面通过具体实施例对本发明进行详细说明，以下实施例有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但决不限制本发明的保护范围。

[0021] 实施例1

[0022] 基于石墨烯-有机染料-辣根过氧化物酶电聚合制备传感器。

[0023] （1）以石墨粉为原材料，通过Hummers 氧化法制得氧化石墨烯，通过肼还原，制得石墨烯。

[0024] （2）将1.5 mmol/L的石墨烯与1.0 mmol/L的有机染料耐尔蓝混合，超声10 h，制得石墨烯-耐尔蓝复合物，离心后用水洗涤，将石墨烯-耐尔蓝复合物用水透析24 h， 除去未反应的耐尔蓝。

[0025] （3）取10μl的石墨烯-耐尔蓝复合物均匀的滴加在干净的玻碳电极表面，室温下自然晾干，用去离子水冲洗干净，得到石墨烯-耐尔蓝修饰电极。

[0026] （4）将石墨烯-耐尔蓝修饰电极置于含有1.0 mmol/L的耐尔蓝和2.0 mg/mL的辣根过氧化物酶的溶液中，于-0.7～0.8 V循环伏安法扫描5圈，扫描速率50 mV/s，得到电聚合耐尔蓝/辣根过氧化物酶/石墨烯-耐尔蓝修饰电极，该酶修饰电极即为目标酶传感器。

[0027] 实施例2

[0028] 基于石墨烯-有机染料-辣根过氧化物酶电聚合制备传感器。

[0029] （1）以石墨粉为原材料，通过Hummers 氧化法制得氧化石墨烯，通过肼还原，制得石墨烯。

[0030] （2）将1.5 mmol/L的石墨烯与1.0 mmol/L的有机染料甲苯胺蓝混合，超声10 h，制得石墨烯-甲苯胺蓝复合物，离心后用水洗涤，将石墨烯甲苯胺蓝复合物用水透析24 h， 除去未反应的甲苯胺蓝。

[0031] （3）取10μl的石墨烯-甲苯胺蓝复合物均匀的滴加在干净的玻碳电极表面，室温下自然晾干，用去离子水冲洗干净，得到石墨烯-甲苯胺蓝修饰电极。

[0032] （4）将石墨烯-甲苯胺蓝修饰电极置于含有1.0 mmol/L的甲苯胺蓝和2.0 mg/mL的辣根过氧化物酶的溶液中，于-0.7～0.8 V循环伏安法扫描5圈，扫描速率50 mV/s，得到电聚合甲苯胺蓝/辣根过氧化物酶/石墨烯-甲苯胺蓝修饰电极，该酶修饰电极即为目标酶传感器。

[0033] 实施例3

[0034] 基于石墨烯-有机染料-辣根过氧化物酶电聚合制备传感器。

[0035] （1）以石墨粉为原材料，通过Hummers 氧化法制得氧化石墨烯，通过肼还原，制得石墨烯。

[0036] （2）将1.0 mmol/L的石墨烯与0.5 mmol/L的有机染料甲苯胺蓝混合，超声12 h，制得石墨烯-甲苯胺蓝复合物，离心后用水洗涤，将石墨烯甲苯胺蓝复合物用水透析24 h， 除去未反应的甲苯胺蓝。

[0037] （3）取5μl的石墨烯-甲苯胺蓝复合物均匀的滴加在干净的玻碳电极表面，室温下自然晾干，用去离子水冲洗干净，得到石墨烯-甲苯胺蓝修饰电极。

[0038] （4）将石墨烯-甲苯胺蓝修饰电极置于含有0.5 mmol/L的甲苯胺蓝和3.0 mg/mL的辣根过氧化物酶的溶液中，于-0.7～0.8 V循环伏安法扫描20圈，扫描速率100 mV/s，得到电聚合甲苯胺蓝/辣根过氧化物酶/石墨烯-甲苯胺蓝修饰电极，该酶修饰电极即为目标酶传感器。

[0039] 实施例4

[0040] 将实施例3得到的酶传感器用于电化学测试：

[0041] （1）酶传感器的循环伏安测试。

[0042] 将酶修饰电极为工作电极，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂电极；底液为0.2 mol/L PBS（pH 7.0）和加了1.0µmol/L的过氧化氢；扫描速度为0.1 V/s。循环伏安图见图1，从图1可见，加入过氧化氢后，甲苯胺蓝的还原峰的峰电流增大，氧化峰的峰电流减小，说明酶修饰电极对过氧化氢产生了催化还原，催化电流主要是由辣根过氧化物酶催化还原过氧化氢产生的。

[0043] （2）不同修饰电极催化还原过氧化氢的比较。采用计时电流法，分别将电聚合甲苯胺蓝修饰电极、电聚合甲苯胺蓝/石墨烯-甲苯胺蓝修饰电极、电聚合甲苯胺蓝/辣根过氧化物酶/石墨烯修饰电极和电聚合甲苯胺蓝/辣根过氧化物酶/石墨烯-甲苯胺蓝修饰电极为工作电极，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂电极；底液为0.2 mol/L PBS（pH 7.0）；测定电位为-0.30 V，在磁力搅拌下，连续加入0.50µmol/L的过氧化氢，测定结果见图2。从图2可见，电聚合甲苯胺蓝/辣根过氧化物酶/石墨烯-甲苯胺蓝修饰电极对过氧化氢的催化效果最佳，甲苯胺蓝-石墨烯复合物对电极催化过氧化氢具有信号放大作用。

[0044] （3）酶传感器对过氧化氢的计时电流测试。将酶修饰电极为工作电极，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂电极；底液为0.2 mol/L PBS（pH 7.0）；测定电位为-0.30 V，在磁力搅拌下，连续滴加0.50µmol/L的过氧化氢，测定结果见图3。测定过氧化氢的线性范围为5×10–7 mol/L～3.22×10–4 mol/L，灵敏度为0.0392 A. L/mol。该传感器置于4 ℃的环境中，四周后，仍保留响应电流值的85%以上。