一种用于蔗糖检测芯片印刷的纳米传感浆料的制备方法转让专利
申请号 : CN202110947462.4
文献号 : CN113686936B
文献日 : 2022-04-15
发明人 : 储震宇 , 张可 , 金万勤 , 庞军
申请人 : 南京工业大学 , 南京膜材料产业技术研究院有限公司
摘要 :
权利要求 :
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。
说明书 :
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
背景技术
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。
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
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。
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;
子水的混合,在合成液D中含有柠檬酸钠作为表面活性剂。
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。
的粘度。
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。
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。
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℃。
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。
0.05M。
制在300 ‑600μL/min,合成温度为25‑55℃,老化时间为6 ‑24h。
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。
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。
~
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。
~
(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。
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
具体实施方式
征可以相互组合。
实施例的限制。
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。
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。
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。
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。
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。
墨。
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。
敏度较高,为58.12μA·mM ·cm ,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。
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。
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。
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。
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。
墨。
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。
敏度较高,为56.24μA·mM ·cm ,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。
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。
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。
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。
墨。
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。
敏度较高,为55.62μA·mM ·cm ,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。
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。
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。
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。
墨。
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。
敏度较高,为59.32μA·mM ·cm ,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。
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。
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。
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。
墨。
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。
敏度较高,为55.32μA·mM ·cm ,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。
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。
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。