[发明专利]一种基于石墨烯/血红蛋白复合薄膜修饰电极的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于基于复合材料修饰电极制备领域，其特点是采用层层自组装方法制备了石墨烯／血红蛋白多层复合薄膜，并将其用于修饰电极的制备。

背景技术：

近年来，复合材料修饰电极是传感器领域的一个热点，越来越受到人们重视。

血红蛋白是一种以血红素为辅基的蛋白质，由两个α和两个β亚单位构成的一类四聚体，承担着生物体内传递电子、传输氧气、分解H₂O₂等与生物体内能量代谢有关的重要作用。由于血红蛋白具有对过氧化物酶和细胞色素的催化作用，并且其廉价易得，因此认为是一种具有亚铁血红素分子蛋白质的理想模型。然而，由于血红蛋白庞大的分子空间结构，使得其电活性中心被覆盖在多肽链中，又由于血红蛋白被电极表面强烈吸附，这就造成电极钝化，这使得血红蛋白在电极表面的转移速率很慢，电流响应信号太小。因此，如果能够在电极表面引入某种高导电性物质，并且利用这种物质来固载血红蛋白，这就能有效解决血红蛋白得不到有效电流响应的问题，并且能够使得血红蛋白的生物活性得以保留。近年来，人们利用促进剂作用或者电子媒介体来提高血红蛋白电子传递，从而实现其在电极表面的催化作用。但是，部分促进剂的引入会对血红蛋白的催化性能产生一定干扰，这就对传感器的选择性控制产生影响，而电子媒介体(例如各类酶)中电子转移的难度和速度不好控制，并存在介体流失、电极污染等问题，也会影响到对传感器催化过程的控制，所以对电子媒介体的选用至关重要。

石墨烯由于具有独特的结构和优异的电学、热学、力学等性能，自从2004年被成功制备出来，一直是全世界范围内的一个研究热点，成为一类新的电子材料、薄膜材料、储能材料、液晶材料、催化材料等先进的特种功能材料。石墨烯复合材料是石墨烯应用的重要领域，利用石墨烯优良的特性与其它材料复合可赋予材料优异的性质，为其开拓了更为广阔的应用前景。石墨烯与生物大分子之间的复合物已在导电率、生物活性和机械性能等方面展现出优异的性能。然而，由于石墨烯化学稳定性高，其表面呈惰性状态，与其他介质相互作用较弱，且石墨烯片与片之间存在较强的范德华力，容易产生团聚，使其难溶于水和常用有机溶剂，分散性差，这极大的限制了石墨烯复合材料的进一步研究和应用。因此，进一步提高和拓展石墨烯及其复合材料的性质与功能具有极其重要的意义。

发明内容：

本发明所要解决的问题是提供一种基于石墨烯／血红蛋白复合薄膜修饰电极的制备方法。该方法分别以石墨烯和血红蛋白为组装单元，通过静电作用在电极表面层层自组装制备石墨烯／血红蛋白复合薄膜。此方法制备的石墨烯／血红蛋白修饰电极结构性能可控，具有良好的灵敏度、重现性与稳定性，具有较宽的线性检测范围以及较低的检测下限。

本发明基于一种石墨烯／血红蛋白复合薄膜修饰电极的制备方法，包括：

(1)将改性后的表面带有羧基或者磺酸基的石墨烯配置成浓度范围为0.2～10mg／mL，pH范围为4～14的水分散液。血红蛋白配置成浓度范围为0.1～30mg／mL，pH范围为4～6.8的水溶液。

(2)将处理后的电极浸泡在血红蛋白水溶液中10～30min，然后用大量去离子水冲洗，除去电极表面物理吸附的血红蛋白，氮气吹干，得到的电极表面荷正电。

(3)将经过步骤(2)处理后的电极浸泡在石墨烯水分散液中10～30min，然后用大量去离子水冲洗，除去电极表面物理吸附的石墨烯，氮气吹干，得到的电极表面荷负电。

(4)重复步骤(2)和(3)，得到石墨烯／血红蛋白复合薄膜修饰电极。

(5)上述步骤(1)中的石墨烯经过表面改性后，通过调节pH(4～14)值使其表面荷负电，并能稳定分散在水中。而血红蛋白在pH为4～6.8的水分散液中荷正电，石墨烯与血红蛋白两种组装单元可以依靠静电作用组装到一起。石墨烯水分散液浓度为0.2～10mg／mL，血红蛋白水溶液的浓度为0.1～30mg／mL。

(6)本发明与现有发明相比，其显著优点有：(1)克服了现有技术所得到的石墨烯类复合材料分散性差，不易加工成型，对后面功能器件的构筑以及性能研究造成极大困难的问题；(2)该技术可以很好的对复合材料中石墨烯与血红蛋白的组分含量、排列方式以及复合程度进行控制，因而可对复合材料的性能加以控制，可以从超分子水平上对复合材料进行设计和可控制备；(3)层层自主装技术成本低，条件温和，操作简单；(4)该技术制备的石墨烯／血红蛋白修饰电极制作过程简单，成本低，易操作，具有良好的灵敏度、重现性与稳定性，具有较宽的线性检测范围以及较低的检测下限。

附图说明