[发明专利]基于修饰电极的酪氨酸酶生物传感器及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物传感器及其制备方法和应用，尤其涉及一种酪氨酸酶生物传感器及其制备方法和应用。

背景技术

目前，对苯二酚、邻苯二酚等有机污染物的主要测定方法有色谱法、紫外分光法、同步荧光光谱法、分光光度法、导数光度法、流动注射分析法等，但是，这些方法都存在前处理复杂、耗时长、样品基体效应大、分析周期长等缺陷，对工作人员的操作水平要求高且仪器昂贵，很难在中小型企业中推广应用。例如：采用分光光度法检测时，由于对底物浊度的要求和光干扰物质的影响，限制了其精确性和使用范围；而采用液相和气相色谱法检测，检测前需要对样品进行分离，分离过程通常需要预处理，操作步骤比较繁琐和耗时，检测仪器相对昂贵，且不便携带，不能进行实时检测。

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，进而定量检测出待测物质的一项新技术。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、检测灵敏度高、检测效率高、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。制作生物酶传感器的关键是如何高效地固定酶，并保持酶的活性。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。

发明内容

本发明要解决的技术问题是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、酶活性高、检测精度和效率高的基于修饰电极的酪氨酸酶生物传感器，还相应提供一种酪氨酸酶生物传感器的制备方法，以便通过一种成本低廉、工艺简单、制作快速的工艺使酪氨酸酶的固定具有更好的稳定性和高活性的保持；在此基础上，还提供一种前述酪氨酸酶生物传感器的应用，该应用能够以低成本、简化操作、快速响应、高检测精度及较强抗干扰性强等特点实现对邻苯二酚、对苯二酚等苯二酚类物质的高效检测。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种基于修饰电极的酪氨酸酶生物传感器，所述生物传感器包括一玻碳电极，所述玻碳电极的检测端表面沉积有纳米金粒子，纳米金粒子外表面吸附一层L-赖氨酸(L-Lysine)薄膜，所述L-赖氨酸薄膜外侧加载一层有序介孔碳载纳米金(OMC-Au)，有序介孔碳载纳米金上吸附(物理吸附)有酪氨酸酶。

本发明的上述技术方案中，通过采用有序介孔碳载纳米金来固定酪氨酸酶，回避了化学修饰酪氨酸酶的操作步骤，大大提高了固定酪氨酸酶的活性；另外，有序介孔碳(OMC)因其具有较大孔容及巨大的比表面积，而纳米金(AuNPs)具有高催化活性且能通过自组装形成复合材料的纳米结构，这对本发明的生物传感器具有进一步的增效作用。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的基于修饰电极的酪氨酸酶生物传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)修饰有序介孔碳：向准备好的有序介孔碳(OMC)材料中加入氯金酸溶液并超声分散12h～24h，超声后加入柠檬酸钠溶液和硼氢化钠溶液(柠檬酸钠具有还原性，可将金离子还原)，经离心、洗涤、干燥后，修饰得到有序介孔碳载纳米金；将有序介孔碳载纳米金加至溶剂(例如二甲基甲酰胺)超声分散后得到有序介孔碳载纳米金悬浮液；

(2)沉积纳米金：在一置备好的玻碳电极的检测端表面用电化学方法沉积纳米金颗粒，得到纳米金修饰电极，晾干备用；

(3)沉积L-赖氨酸：将步骤(2)中制得的纳米金修饰电极的检测端浸入配制好的L-赖氨酸溶液(赖氨酸水溶液)中，用电化学方法使纳米金颗粒外表面形成一层L-赖氨酸薄膜，得到L-赖氨酸-纳米金修饰电极；

(4)加载有序介孔碳载纳米金：将步骤(1)中制得的有序介孔碳载纳米金悬浮液滴加到步骤(3)中制得的L-赖氨酸-纳米金修饰电极的检测端表面，晾干后得到复合材料修饰电极；(本步骤为纯物理加载，未经任何化学修饰)；

(5)固定酪氨酸酶：在步骤(4)中制得的复合材料修饰电极上滴加(或将电极浸入)配制好的酪氨酸酶溶液，通过充分的物理吸附作用使酪氨酸酶固定于复合材料修饰电极的有序介孔碳载纳米金粒子上，得到酪氨酸酶生物传感器。