[发明专利]一种以TiO2为载体的固定酶电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于生物燃料电池和电化学生物传感器的以无机材料为载体 固定酶电极的制备方法，属于材料科学技术领域。

背景技术

酶是一种具有生物活性的蛋白质，基于酶氧化还原活性中心与电极之间的 电子传递，在电化学生物传感器中起着关键性的作用，研究酶在载体修饰电极 上直接电子转移，不仅对于探索生命体内的生理作用机理等理论研究具有重要 意义，而且能为制备基于酶直接电化学行为的第三代生物传感器、开发生物燃 料电池和生物芯片奠定技术基础，具有重要的理论价值和良好的应用前景。

生物技术与纳米技术有机结合所形成的纳米生物技术，为第三代电化学生 物传感器的构建提供了一条崭新的途径。纳米材料具有巨大的表面积，在生物 燃料电池中用于固定酶或微生物都具有很大的开发潜力。在这些材料中TiO₂具有 生物相容性、稳定性、环境友好等优点，广泛应用于催化剂载体、半导体、太 阳能转化材料、光催化剂、气体传感器、电容器和锂离子电池材料等。TiO₂的性 能优劣在很大程度上取决于其晶体结构、形貌和颗粒的大小。近来，研究表明 纳米结构的TiO₂能显著提高材料的比表面积，从而表现出比一般粉体优良的性 能。研究证明以TiO₂作为电极修饰材料应用于生物传感器可以提高酶的催化性 能。Yibing Xie等人(Biosensors and Bioelectronics 2007，22，2812-2818) 利用阳极氧化方法制备TiO₂纳米管，通过修饰吡咯固定葡萄糖氧化酶(GOD)，具 有很好的电化学性能。Huimin Cao等人(Electroana lysis 2008，20，2223-- 2228)利用三维大孔TiO₂固定GOD并用用于葡萄糖传感器中。Shu-Juan Bao等人 (Adv.Funct.Mater.2008，18，591-599)以CNT作为模板，通过简单的水热合 成方法，制备了一种新型的、疏松的、单一孔径的TiO₂材料，并应用于蛋白质固 定及传感器。

改进提高电极上载体的合成方法，稳定、有效固定酶是研究的GOD的直接 电化学反应的关键之一，我们发现过氧化氢酶(CAT)可以引发合成二氧化钛， 在室温、常压、接近中性条件下通过将CAT加入氨水调节的pH为4的硫酸钛水 溶液中，利用CAT与溶液间相互作用引发合成TiO₂。在合成TiO₂的实验过程中， 将GOD加入反应体系，达到载体制备与酶的固定一步完成的目的。该方法为载 体制备和酶的固定提供了新的思路。

发明内容

发明的目的是达到载体制备与酶的固定一步完成的目的，而提出一种可用 于生物燃料电池和电化学生物传感器的以无机材料为载体固定酶电极的新制备 方法，本发明的固定酶电极具有良好的电化学性能。

本发明提供的一种以介孔TiO₂为载体的固定酶电极的制备方法，其特征在 于，载体材料的合成与酶的固定一步完成，包括以下各步骤：

第一、配制质量分数为4％硫酸钛水溶液，加入氨水调节pH至4，葡萄糖 氧化酶(GOD)和过氧化氢酶(CAT)按照质量比为1-3∶1加入到上述溶液， 使GOD质量浓度为0.1-0.3％，搅拌溶解，在室温下静置1周，将上述样品抽滤 所得固体在室温下自然干燥，得到GOD/TiO₂(CAT)粉末样品；

第二、将GC(玻碳电极)用0.3和0.05μm的氧化铝打磨至光亮，然后用 二次蒸馏水和无水乙醇超声清洗，干燥；

第三、配制GOD/TiO₂(CAT)的浓度为10g/L的PBS悬浊液(PBS为0.1M的 pH为7的磷酸盐缓冲溶液)，再加入3％的壳聚糖溶液，其中壳聚糖溶液与上述 PBS悬浊液的体积比为1∶500，用微量进样器将上述悬浊液滴加到处理好的GC 电极表面，使得63.7μL悬浊液/cm²电极，再滴加质量浓度0.1％的全氟磺酸溶 液，所用全氟磺酸溶液与滴到电极上的悬浊液体积比为1∶4，室温自然干燥， 得到以TiO₂为载体的固定酶电极。