[发明专利]基于磁性碳纳米管和壳聚糖/二氧化硅凝胶的漆酶生物传感器及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物传感器领域，尤其涉及一种漆酶生物传感器及其制备方法和应用。

背景技术

生物传感器是基于生物有机成分(如酶、抗体、核酸、细胞、微生物等)，对待检物质进行专一的识别，产生的信号经过信号传导器转变为电信号、光信号进而检测出待测物质的量的一项新技术。运用生物传感器来检测环境中的重金属、病原微生物、有害有机物具有特异性强、检测灵敏度和效率高、成本低廉的特点，因此成为了环境保护工作中的一个研究热点。目前，科研人员正努力提高生物传感器的稳定性、重复性以及结构的可靠性，其中利用各种新型材料固定生物敏感元件，并保持活性是发展生物传感器的一个重要方向。

制作酶传感器的关键是如何高效的固定酶，保持酶的活性。常用的酶固定方法有：吸附固定法、包埋固定法、共价固定法和交联固定法，这些方法存在固定不牢固、固定中使用的交联剂影响酶的活性、以及容易使用到对环境有害的物质等缺陷。

现有的检测邻苯二酚浓度的方法主要采用高效液相色谱法(HPLC)，其基本原理是根据邻苯二酚在流动相中被吸附后产生的峰面积来计算其含量的，但是该方法所需要的仪器昂贵，操作复杂，样品要经过繁琐的预处理，且易受浊度和光干扰物质的影响。

运用各种新型材料高效的固定酶是目前生物传感器的重点研究方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于克服现有技术的不足，提供一种成本低廉、制作简单、使用寿命长、漆酶活性高的基于磁性碳纳米管和壳聚糖/二氧化硅凝胶的漆酶生物传感器；以及一种成本低廉、工艺简单、制作快速，通过吸附法和包埋法结合，使漆酶固定稳固，并能维持漆酶高活性的基于磁性碳纳米管和壳聚糖/二氧化硅凝胶的漆酶生物传感器的制备方法；还提供一种成本低廉、操作简单、响应速度快、检测精度高、抗干扰性强的基于磁性碳纳米管和壳聚糖/二氧化硅凝胶的漆酶生物传感器的应用方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于磁性碳纳米管和壳聚糖/二氧化硅凝胶的漆酶生物传感器，包括一磁性碳糊电极，其特征在于：所述磁性碳糊电极的电极表面修饰有一磁性碳纳米管层，所述磁性碳纳米管层表面吸附有漆酶，所述漆酶外包裹有一壳聚糖-二氧化硅复合薄膜。碳纳米管具有比表面积大、导电性能好、容易修饰基团等优点，而磁性纳米粒子因其具有的顺磁性、低毒害性以及良好的生物兼容性，也被越来越多地应用于生物分子的固定中。本发明的漆酶生物传感器通过采用磁性碳纳米管来固定漆酶，避免了化学修饰漆酶步骤，大大提高了固定酶的活性。

作为本发明的漆酶生物传感器的进一步改进：

所述磁性碳糊电极包括聚四氟乙烯管、碳棒、磁铁和导线，所述碳棒置于所述聚四氟乙烯管中，所述导线连接于碳棒的一端并引出聚四氟乙烯管外，所述磁铁设于所述碳棒的另一端，所述磁铁外侧填充有质量比为(1～1.5)∶(3～4)的石墨和石蜡混合物(所述石墨和石蜡混合物的表面即为所述磁性碳糊电极的电极表面)。

本发明还提供一种基于磁性碳纳米管和壳聚糖/二氧化硅凝胶的漆酶生物传感器的制备方法，包括下列步骤：

(1)材料准备：准备一经过预处理的磁性碳糊电极，并配制磁性碳纳米管溶液、漆酶溶液和壳聚糖/二氧化硅凝胶液；

(2)修饰磁性碳纳米管：向所述的磁性碳糊电极上滴加磁性碳纳米管溶液，晾干后在磁性碳糊电极上形成一磁性碳纳米管层；

(3)吸附漆酶：在所述磁性碳纳米管层上滴加漆酶溶液，晾干备用；

(4)包裹漆酶：用配制好的壳聚糖/二氧化硅凝胶液滴加到吸附了漆酶的磁性碳纳米管层上使其形成一壳聚糖-二氧化硅复合薄膜，得到基于磁性碳纳米管和壳聚糖/二氧化硅凝胶的漆酶生物传感器。

该制备方法不经过任何化学修饰，仅借助吸附法和包埋法将漆酶固定到磁性碳糊电极的电极表面，成本低廉、工艺简单、制作快速，漆酶固定更稳固，并能维持漆酶的高活性。

作为本发明制备方法的进一步改进：

上述的制备方法中，所述壳聚糖/二氧化硅凝胶液的pH值优选为7.0～7.2。

上述的制备方法中，所述磁性碳纳米管溶液、漆酶溶液、壳聚糖/二氧化硅凝胶液用量的体积比为(1.5～2)∶1∶(1～1.5)。

上述的制备方法中，所述磁性碳纳米管的制备方法优选按以下步骤制备得到：

(1)修饰甲苯胺蓝：首先将碳纳米管与0.4～0.8m mol·L^-1的甲苯胺蓝溶液混合，在室温下超声0.5～1h，然后进行过滤，洗涤，直至洗涤液颜色澄清得到甲苯胺蓝修饰的碳纳米管(冷冻干燥或真空干燥后待用)；