[发明专利]一种介体电化学酶电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种介体电化学酶电极及其制备方法。

背景技术

迄今为止，生物传感器的发展已历经近五十年，吸引了世界范围科学家的巨大关注，而且正在被应用到更多的领域。生物传感器的构成包括两部分：分子识别元件和换能器。被测物质通过扩散进入生物敏感膜层，经分子识别、发生生物化学反应后，所产生的信息被响应的换能器转换成与被测物浓度相关的电信号。分子识别元件在决定生物传感器的功能方面起了关键作用，其所含生物组分是酶、组织、抗体/抗原、细菌、酵母。固定化酶电极由于稳定、可控、低干扰等特点而得到最多的研究和应用。比如，水溶液形式的酶通常只能和底物作用一次，难以回收，但是当酶被固定化时，可以很快的从反应混合物中分离，并能重复使用；而且，通过调控固定化酶的微环境，可获得很多需求的性质，如高灵敏度、快速的响应。

聚合物膜为酶在电极表面的固定化提供了良好的支撑体，而且多分子层聚合物膜具三维空间结构的特征，可提供许多能利用的势场，其活性剂的浓度高、电化学相应信号大，而且具有较高的化学、机械和电化学的稳定性，此外，相对于其他修饰电极的方法，聚合物薄膜的制备对基底电极的表面状态要求不苛刻。静电纺丝制备的纤维膜可以很容易实现这种多层结构，而且由于静电作用，纤维膜能够牢固的结合到电极表面。静电纺丝是通过带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流动与变形，经溶剂蒸发或熔体冷却而固化而形成超细纤维的纺丝方法。通过静电纺丝可在接收屏上形成纳米级纤维(Z.-M.Huang，Y.-Z.Zhang，M.Kotaki，S.Ramakrishna.“A review on polymer nanofibers by electrospinning andtheir applications in nanocomposties”，Compos.Sci.Technol.，2003，63：2223-2253)。而且，通过改变静电纺丝装置，可以得到具有所需性质的纤维膜(W.E.Teo，S.Ramakrishna.“A review on electrospinning design and nanofiber assemblies”，Nanotechnology，2006，17，R89-R106).作为酶固定化载体，静电纺纤维膜相对于其他材料有很明显的优势：第一，制备工艺非常简单；第二，纤维膜具有极高的比表面积，可具有较高的酶固定化效率以及降低底物扩散阻力。许多研究者已经尝试将酶固定于静电纺纤维膜上(H.-F.Jia，G.-Y.Zhu，B.Vugrinovich.“Enzyme-carrying polymeric nanofibers prepared via electrospinning for use asunique biocatalysts”，Biotechnol.Prog.2002，18：1027-1032；T.E.Herricks，S.-H.Kim，J.-B.Kim.“Direct fabrication of enzyme-carrying polymer nanofibers byelectrospinning”，J.Mater.Chem.，2005，15：3241-3245；Y.-H.Wang，Y.-L.Hsieh.“Enzyme immobilization to ultra-fine cellulose fibers via amphiphilic polyethyleneglycol spacers”，J.Polym.Sci.Part A：Polym.Chem.，2004，42：4289-4299；L.-L.Wu，X.-Y.Yuan，J.Sheng.“Immobilization of cellulase in nanofibrous PVAmembranes by electrospinning”，J.Membr.Sci.，2005，250：167-173)。将静电纺丝在酶电极制备方面则应用极少。CN1737560A将酶与聚合物溶液混合，然后共纺丝制备酶电极。不过这种方法可应用的聚合物种类有限，因为大多数酶都是水溶性的，所用的聚合物也必须是水溶性的。因此，利用静电纺纤维作为活化层在酶电极制备中仍然具有很重要的意义。