[发明专利]一种磷酸锆纳米片修饰的生物敏感膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学生物传感器及其制备技术领域，特别是涉及一种磷酸锆纳米片修饰的电化学生物传感器敏感膜及其制备方法。

背景技术

电化学生物传感器具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、易微型化、可进行在线连续监测等特点，具有广阔的应用前景。近年来，利用生物活性物质在电极上的直接氧化或还原而构造的第三代电化学生物传感器成为研究中的热点，它可以避免第一代电化学生物传感器测试电位高、易受氧分压波动影响及第二代电化学生物传感器生物相容性较差的缺点。但由于生物活性物质的电活性中心深埋在分子内部，使得生物活性物质与电极间的直接电子转移(直接电化学)变得较为困难，这限制了第三代电化学生物传感器的应用和发展。近年来，人们将多种纳米材料应用于电化学生物传感器电极材料的修饰中，纳米材料可促进生物活性物质与电极之间的直接电子转移，并能够提高传感器的灵敏度、使用寿命等性能指标。

在文献(1)Journal of Electroanalytical Chemistry，2005，585：44中，Jiu-Ju Feng等人利用金-磷酸锆纳米复合材料固定血红蛋白制备电化学生物传感器，实现了血红蛋白的直接电化学行为，对H₂O₂检测的线性范围为1.5×10^-5～4.8×10^-4mol/L，信噪比为3时，检测限为7.4×10^-6mol/L，但其所用材料含有金纳米溶胶，成本较高。

在文献(2)Analytical Biochemistry，2006，350：145中，Ge Zhao等人利用纳米多孔ZnO薄膜吸附肌红蛋白制备电化学生物传感器，实现了肌红蛋白的直接电化学行为，检测H₂O₂的线性范围为4.8×10^-6～2.0×10^-4mol/L，信噪比为3时，检测限为2.0×10^-6mol/L；检测NaNO₂的线性范围为1.0×10^-5～1.8×10^-4mol/L，信噪比为3时，检测限为4.0×10^-6mol/L。但仅依靠范德华力吸附生物活性物质，所固定的生物分子不牢固。

在文献(3)国家发明专利CN 1804608A中，杨文胜等人介绍了一种含剥层二氧化锰的生物传感器敏感膜，利用剥层二氧化锰固定辣根过氧化物酶或细胞色素C可以促进酶与电极之间的直接电子转移，但剥层二氧化锰碱性较大，其生物相容性较差。

发明内容

本发明的目的是将磷酸锆纳米片引入电化学生物传感器中，利用磷酸锆纳米片固定生物活性物质，提供一种磷酸锆纳米片修饰的电化学生物传感器敏感膜及其制备方法。磷酸锆热稳定性和化学稳定性较高，有利于提高传感器的操作稳定性；磷酸锆纳米片有较大的比表面积、表面带负电荷且电荷密度较高，与带相反电荷的生物活性物质间可形成较强的静电作用，有利于生物活性物质的固定；磷酸锆纳米片表面富含羟基，可以通过氢键与生物活性物质发生相互作用，因此与其它固定材料相比，磷酸锆纳米片与生物体内环境更加相似，因此具有良好的生物相容性，有利于最大程度地保持生物分子的活性。本发明所述的磷酸锆纳米片修饰的生物敏感膜的制备方法简单，原材料成本低廉，生物活性物质的负载量和膜厚度可控。

本发明提供的磷酸锆纳米片修饰的生物传感器敏感膜，是由生物活性物质、磷酸锆纳米片及高分子物质组成，其中生物活性物质的含量为0.5～3.0μg/mm²，磷酸锆纳米片含量为2.8～5.2μg/mm²，其余为高分子物质。所述生物活性物质为肌红蛋白或血红蛋白中的一种，所述高分子物质为聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或全氟磺酸聚合物(Nafion)中的一种。

本发明制备磷酸锆纳米片修饰的生物传感器敏感膜的具体步骤如下：

1、磷酸锆纳米片溶胶的制备

(1)成核过程：将ZrOCl₂·8H₂O与盐酸混合配成盐溶液，混合后的盐溶液中ZrOCl₂的浓度为0.07～0.86mol/L，盐酸浓度为0.15～2.40mol/L；将磷酸与盐酸混合配成酸溶液，混合后的酸溶液中磷酸浓度为4～20mol/L，盐酸浓度为0.15～2.40mol/L。将上述盐溶液与酸溶液同时加入转速为300～1000转/分钟的胶体磨中返混1～2分钟得乳白色悬浮液。