一种基于SDBA-Au复合纳米酶的葡萄糖电位传感器

摘要

本发明公开了一种基于SDBA‑Au复合纳米酶的葡萄糖电位传感器，本发明中的具有一定空间距离的含硫双苯硼酸化合物分子SDBA通过金硫键结合在Au复合纳米酶表面，提高了Au复合纳米酶对葡萄糖的选择性，降低了实际样品中其他单糖和生物大分子对电位信号的干扰。本发明的葡萄糖电位传感器在开发用于家庭自我健康监控的智能马桶方面有重要意义。

权利要求

1.一种对葡萄糖特异性识别的SDBA‑Au复合纳米类酶的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：具有一定空间距离的含硫双苯硼酸化合物SDBA的制备：将(2‑甲酰基苯基)硼酸和4,4′‑硫代二苯胺在室温下悬浮于无水甲醇中，制得反应液，将所述反应液在N2气氛下搅拌2～5h，然后将NaBH4水溶液滴加入通了氮气的反应液中，持续反应5～24h；用饱和NH4Cl水溶液淬灭反应后，用乙酸乙酯萃取出有机相，并用水和盐水洗涤，在Na2SO4上干燥，最后减压过滤浓缩，用硅胶层析柱纯化反应混合物，制得含硫双苯硼酸化合物SDBA；其中，(2‑甲酰基苯基)硼酸、4,4′‑硫代二苯胺、无水甲醇、硼氢化钠的质量体积比为1～3mg∶1～2mg∶0.05～0.1mL∶1～3mg；

步骤2：通过原位还原法将Au复合纳米类酶负载在载体上：将氯金酸水溶液和掺杂试剂在室温下溶解于去离子水中，制得反应液，然后在所述反应液中加入还原剂并持续反应0.5～2h；最后加入载体并持续反应3～24h，终产物通过离心水洗除去残余反应物，制得Au复合纳米类酶；其中，氯金酸、掺杂试剂、还原剂、载体和去离子水的质量比为1～5∶0～50∶1～20∶5～50∶200～1000；

所述载体为碳纳米管、碳球或石墨烯；所述掺杂试剂为氯铂酸、氯化钴、氯化铁或氯化镍；所述还原剂为柠檬酸钠或硼氢化钠；所加入的掺杂试剂的种类为0种、1种、2种、3种或4种；

步骤3：SDBA‑Au复合纳米类酶的制备：将Au复合纳米类酶、化合物SDBA及无水乙醇加入到去离子水中，在20～50℃下搅拌10～20h，终产物通过离心水洗除去残余反应物，制得SDBA‑Au复合纳米类酶；其中，Au复合纳米类酶、化合物SDBA、无水乙醇和去离子水的质量体积比为1～2mg∶0.1～0.5mg∶1～2mL∶1～10mL。

2.一种权利要求1所述方法制得的SDBA‑Au复合纳米类酶。

3.一种基于权利要求2所述SDBA‑Au复合纳米类酶的葡萄糖电位传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

将SDBA‑Au复合纳米类酶滴涂在基础电极的表面，在4～37℃下干燥0.5～5h；然后再滴涂浓度为1‑5%的Nafion膜溶液，并在4～37℃下干燥0.5～5h，得到所述的葡萄糖电位传感器，并储存于0～4℃待用；其中，SDBA‑Au复合纳米类酶的厚度为30～100nm；Nafion膜厚度为0.5～5µm；

所述基础电极为玻碳电极、纸电极、金电极或铂电极。

4.一种权利要求3所述方法制得的基于SDBA‑Au复合纳米类酶的葡萄糖电位传感器。

5.一种权利要求4所述的基于SDBA‑Au复合纳米类酶的葡萄糖电位传感器在检测体液中葡萄糖浓度的应用。

说明书

一种基于SDBA‑Au复合纳米酶的葡萄糖电位传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及传感器，具体的说是一种基于SDBA‑Au复合纳米酶的葡萄糖电位传感器及其应用。所述SDBA全称为（((((thiobis(4,1‑phenylene))bis(azanediyl))bis
(methylene))bis(2,1phenylene))diboronic acid）。

背景技术

[0002] 家用传感设备不仅可以实现健康状况的及时监控，还可以减轻家庭和社会的医疗负担。当家庭传感设备与网络云数据结合使用时，有望在临床期间提供患者长期健康信息，
从而减少错误的医疗决策。医疗服务从以医院为中心的系统向以家庭为基础的系统的转变
具有长期的社会应用价值。在许多传感技术中，电位传感技术因其操作简单，成本低，易于
小型化和阵列化，更适合于制备家用智能传感设备。

[0003] 糖尿病是一种威胁人类健康的慢性疾病，因此有必要使用家用智能传感设备长期跟踪血糖水平。葡萄糖电位传感技术中最常用的策略是基于酶催化的反应。与生物酶相比，
纳米酶具有成本低、易于制备和保存的优点，非常适合于家庭传感器的制备。纳米酶是基于
其本身或其表面单层官能团的催化活性来模仿生物酶催化特性的纳米材料。在最近的研究
中，发现金纳米材料在模仿葡萄糖氧化酶方面非常有才华，并且金纳米材料的葡萄糖氧化
酶活性可以通过与贵金属形成合金或将其负载在比表面积大的载体上来增强。目前限制Au
纳米酶在实际中应用的最大问题是其较差的选择性。因此如何提高Au纳米酶的选择性是急
需解决的问题。

发明内容

[0004] 针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种对葡萄糖有高选择性的Au复合纳米酶材料，并将其作为电极传感材料来制备葡萄糖电位传感器，然后将其用于体
液中葡萄糖浓度的检测。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种对葡萄糖特异性识别的SDBA‑Au复合纳米酶的制备方法，该方法包括以下具体步骤：

[0007] 步骤1：具有一定空间距离的含硫双苯硼酸化合物SDBA的制备：

[0008] 将(2‑甲酰基苯基)硼酸和4,4′‑硫代二苯胺在室温下悬浮于无水甲醇中，制得反应液，将所述反应液在N2气氛下搅拌2～5h，然后将NaBH4水溶液滴加入通过氮气的反应液
中，持续反应5～24h；用饱和NH4Cl水溶液淬灭反应后，用乙酸乙酯萃取出有机相，并用水和
盐水洗涤，在Na2SO4上干燥，最后减压过滤浓缩，用硅胶层析柱纯化反应混合物，制得含硫双
苯硼酸化合物SDBA；其中，(2‑甲酰基苯基)硼酸、4,4′‑硫代二苯胺、无水甲醇、硼氢化钠的
质量体积比为1～3mg∶1～2mg∶0.05～0.1mL∶1～3mg；

[0009] 步骤2：通过原位还原法将Au复合纳米酶负载在载体上：

[0010] 将氯金酸水溶液和掺杂试剂在室温下溶解于去离子水中，制得反应液，然后在所述反应液中加入还原剂并持续反应0.5～2h；最后加入载体并持续反应3～24h，终产物通过
离心水洗除去残余反应物，制得Au复合纳米酶；其中，氯金酸、掺杂试剂、还原剂、载体和去
离子水的质量比为1～5∶0～50∶1～20∶5～50∶200～1000；

[0011] 所述载体为碳纳米管、碳球或石墨烯；所述掺杂试剂为氯铂酸、氯化钴、氯化铁或氯化镍；所述还原剂为柠檬酸钠或硼氢化钠；所加入的掺杂试剂的种类为0种、1种、2种、3种
或4种。

[0012] 步骤3：SDBA‑Au复合纳米酶的制备：

[0013] 将Au复合纳米酶、化合物SDBA及无水乙醇加入到去离子水中，在20～50℃下搅拌10～20h，终产物通过离心水洗除去残余反应物，制得SDBA‑Au复合纳米酶；其中，Au复合纳
米酶、化合物SDBA、无水乙醇和去离子水的质量体积比为1～2mg∶0.1～0.5mg∶1～2mL∶1～
10mL；

[0014] 一种上述方法制得的SDBA‑Au复合纳米酶。

[0015] 一种基于SDBA‑Au复合纳米酶的葡萄糖电位传感器的制备方法，该方法包括以下步骤：

[0016] 将SDBA‑Au复合纳米酶滴涂在基础电极的表面，在4～37℃下干燥0.5～5h；然后再滴涂浓度为1‑5%的Nafion膜溶液，并在4～37℃下干燥0.5～5h，得到所述的葡萄糖电位传
感器，并储存于0～4℃待用；其中，SDBA‑Au复合纳米酶的厚度为30～100nm；Nafion膜厚度
为0.5～5µm；

[0017] 所述基础电极为玻碳电极、纸电极、金电极、铂电极或柔性电极。

[0018] 一种上述方法制得的基于SDBA‑Au复合纳米酶的葡萄糖电位传感器。

[0019] 所述的基于SDBA‑Au复合纳米酶的葡萄糖电位传感器在检测体液中葡萄糖浓度的应用。

[0020] 本发明通过设计具有一定空间结构的含硫双苯硼酸化合物SDBA，并通过金硫键将其结合在Au复合纳米酶表面，提高了其对葡萄糖的选择性能。并通过滴涂法制备了葡萄糖
电位传感器。本发明的技术方案提高了葡萄糖电位传感器对目标物的选择性，降低了实际
样品中其他单糖和生物大分子对电位信号的干扰，使其在家庭健康监测方面有广泛的应
用。本发明的创新之处正在于此。

附图说明

[0021] 图1为本发明实施例1中SDBA的反应机理图、碳谱分析图和氢谱分析图；

[0022] 图2为本发明实施例1中SDBA‑PtAu/CNTs纳米酶的透射电子显微镜扫描图；

[0023] 图3为本发明实施例1中SDBA‑PtAu/CNTs纳米酶的红外光谱图；

[0024] 图4为本发明实施例1中SDBA‑PtAu/CNTs纳米酶的XRD衍射图；

[0025] 图5为本发明实施例1中SDBA‑PtAu/CNTs葡萄糖传感器对葡萄糖的电位响应图和标准工作曲线图。

具体实施方式

[0026] 以下通过具体实施例及附图进一步对本发明进行详细描述。

[0027] 实施例1

[0028] 1.SDBA‑PtAu/CNTs纳米酶的制备：

[0029] 化合物SDBA的合成。将300mg的(2‑甲酰基苯基)硼酸，216mg的4,4′‑硫代二苯胺在室温下悬浮于6mL的无水甲醇中，反应液在N2气氛下搅拌2h，然后将NaBH4水溶液分批加入反
应液中，反应持续10h；用饱和NH4Cl水溶液淬灭反应后，用乙酸乙酯萃取出有机相，并用水
和盐水洗涤，在Na2SO4上干燥，最后减压过滤浓缩，用硅胶层析柱纯化反应混合物，得到白色
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的SDBA固体。SDBA的碳谱和氢谱分别如图1A和图1B所示。SDBA的 C NMR (151 MHz, DMSO‑
d6) δ/ppm 148.45, 145.06, 131.94, 130.23, 129.84, 126.41, 126.15, 122.52, 
1
118.44, 52.53。SDBA的 H NMR (400 MHz, MeOD) δ/ppm 7.35 – 7.19 (m, 8H), 7.05 
(d, J = 8.7 Hz, 4H), 6.62 (d, J = 8.7 Hz, 4H), 4.31 (s, 4H)。

[0030] SDBA‑PtAu/CNTs纳米酶的合成。将1mL氯金酸水溶液，0.8mL氯铂酸水溶液在室温下溶解于去离子水中，然后将反应物放置在冰水浴中，并滴加1mL浓度为15mg/mL的硼氢化
钠水溶液，并持续反应1h；最后加入10mg的氨基化碳纳米管并持续反应20h，终产物通过离
心水洗除去残余反应物，制得PtAu/CNTs纳米酶纳米酶。然后将1mg的PtAu/CNTs纳米酶、
0.2mg的SDBA和1mL的无水乙醇加入到9mL去离子水中，在37 ℃下搅拌15 h，终产物通过离
心水洗除去残余反应物，制得SDBA‑PtAu/CNTs纳米酶。

[0031] SDBA‑PtAu/CNTs纳米酶的透射电子显微镜扫描图参见图2。如图2所示，PtAu纳米颗粒的粒径大约在10nm，且均匀的分布在碳纳米管表面，几乎没有团聚现象。SDBA‑PtAu/
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CNTs纳米酶的红外光谱图参见图3。如图3所示，在SDBA的光谱中，在1495cm 和1596cm 处
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的吸收峰归于苯环上的C=C双键，另外在1327cm 和1375cm 处的吸收峰归于B‑O键，这些都
是SDBA的特征吸收峰。PtAu在红外光谱上没有吸收峰。另外，SDBA‑PtAu/CNTs纳米酶的红外
光谱包含了SDBA、PtAu和CNTs的特征峰，证明了SDBA成功接在了PtAu/CNTs纳米酶的表面。
SDBA‑PtAu/CNTs纳米酶的XRD衍射图参见图4。如图4所示，在37.8、43.9、64.2和77.2的特征
峰分别为PtAu/CNTs的111、200、220和311晶面，说明了PtAu/CNTs的成功合成，另外在修饰
上SDBA后，PtAu/CNTs的特征吸收峰没有变化，说明SDBA没有影响PtAu的晶型结构。

[0032] 2.基于SDBA‑PtAu/CNTs纳米酶的葡萄糖传感器的制备：

[0033] 将10µL浓度为0.1mg/mL的SDBA‑PtAu/CNTs纳米酶滴涂在玻碳电极的表面，在37℃下干燥1h，然后再滴涂10µL浓度为2%的Nafion膜溶液，并在37℃下干燥1h，得到SDBA‑PtAu/
CNTs葡萄糖电位传感器，并储存于4℃待用。

[0034] 3.电位测试：

[0035] 将SDBA‑PtAu/CNTs葡萄糖电位传感器插入含不同葡萄糖浓度的人工尿样中，采用开路电位法测试其电位值。SDBA‑PtAu/CNTs葡萄糖电位传感器在0.032mM到20mM之间的电
位响应如图5A所示，将SDBA‑PtAu/CNTs葡萄糖电位传感器与葡萄糖浓度的对数值进行线性
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拟合，结果如图5B所示，SDBA‑PtAu/CNTs葡萄糖电位传感器在1×10 M‑1×10 M浓度范围
内对葡萄糖有良好的线性响应。