[发明专利]一种基于溶胶凝胶层的酶修饰电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工艺简单，灵敏度高，生物相容性好的酶修饰电极及其 制备方法。具体地说，本发明提供了无醇环境下，在硅酸盐溶胶凝胶层上将 高活性酶固定在电极表面的一种方法。

背景技术

电化学生物传感器是指由生物体成分(酶、抗原、抗体、激素等)或生物体 本身(细胞、细胞器、组织等)作为敏感元件，电极(固体电极、离子选择性电 极、气敏电极等)作为转换元件，以电势或电流为特征检测信号的传感器。由 于它响应快，灵敏度高，制作简单而被广泛研究和应用。利用酶在电极上的 直接氧化或还原而构造成的生物传感器称为第三代生物传感器。在这类生物 传感器中，电子传输与氧和其它电子受体无关，无需任何媒介体的加入，它 克服了使用介体的第二代生物传感器存在的测量电位比较正、电活性物质干 扰多、电极制作复杂、介体污染等缺点。

溶胶凝胶法是将金属醇盐等原料配制成均质溶液，在饱和条件下经水解 缩聚等化学反应，生成物聚集成溶胶，再经蒸发干燥转变为凝胶。溶胶-凝胶 由于其载体为无机多孔材料，具有物理刚性、化学惰性、溶剂中可以忽略的 溶胀性等特性，在生物传感器的研制中备受重视。

碳纳米管可以实现直接电子传递，一方面是因为碳纳米管的表面缺陷导 致了较高的表面活性，有利于酶和碳管之间的电子传递；另一方面，碳纳米 管独特的纳米结构起到了“分子导线”的作用，将电子传递到酶的氧化还原 中心。如它可实现对细胞色素C、天青蛋白、辣根过氧化物酶的直接电化学。 近年来，基于溶胶凝胶体系或采用碳纳米管构建生物传感器的研究方法 越来越被科研工作者重视。Tripathi等(Sensors and Aetuators B.2001，72， 224-232.)将HRP夹心固定在溶胶-凝胶玻璃电极(ormosil)中，实现HRP 的直接电子转移；汪尔康等(Electrochemistry Communications.2004，6，49-54.) 用自组装方法在金电极上把金纳米固定在三维硅凝胶中，吸附细胞色素C成 功制备了第三代生物传感器；赵广超等(Analytical Biochemist.2004，325 285-292.)将十六烷基三甲基溴化铵分散的碳纳米管修饰于电极上，然后吸附 Mb，实现了Mb的直接电化学；Alain Walcarius等(Langmuir 2006，22 8366-8373)采用正硅酸乙酯、MPTMS、乙醇、硝酸钠、盐酸制备了多孔三 维溶胶凝胶层。但是，迄今为止，仍未有文献报道在无醇环境下使正硅酸乙 酯水解，掺杂碳纳米管后通过电沉积方法形成三维多孔二氧化硅溶胶凝胶层， 然后再固定辣根过氧化物酶制成酶修饰电极的方法。

发明内容

基于上述，本发明的目的在于提供一种基于溶胶凝胶层的酶修饰电极。

本发明的另一目的在于提供一种基于溶胶凝胶层的酶修饰电极的制备方 法。利用这种方法制得的酶修饰电极不仅实现了酶与电极之间的直接电子转 移，而且采用无醇溶胶凝胶前躯体溶液，使修饰电极具有更好的生物相容性。

本发明的技术方案是：

一种基于溶胶凝胶层的酶修饰电极，电极上覆盖有SiO₂溶胶凝胶(sol-gel) 层，层中同定有多壁碳纳米管(MWNT)，将溶胶-凝胶/多壁碳纳米管 (sol-gel/MWNT)电极在辣根过氧化物酶的pH＝7.0的磷酸缓冲溶液中浸泡 48小时后取出，用pH＝7.0的磷酸缓冲溶液冲洗干净，即得到酶修饰电极。

上述SiO₂溶胶凝胶层的厚度为40～140nm。

一种基于溶胶凝胶层的酶修饰电极的制备方法，具体步骤为：

a.制备SiO₂溶胶凝胶前驱体溶液：取pH为5.8～7.0的磷酸缓冲溶液 (PBS)50mL，向其中加入200～300μL正硅酸乙酯(TEOS)，在搅拌状 态下加入1.5～2.0mL、浓度为0.2mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)， 将配制好的溶液常温搅拌，使正硅酸乙酯充分水解；

b.碳纳米管分散液的制备：将多壁碳纳米管研细，酸化，用二次蒸馏水 洗涤至中性，烘干，称取处理后的多壁碳纳米管15mg，超声分散在5mL 0.1％ 的聚乙烯基吡咯烷酮溶液(PVP)中，配制成3mg/mL的碳纳米管分散液；