[发明专利]对过氧化氢和多酚类化合物高灵敏度检测的生物传感器、制备及应用

说明书

技术领域

本发明属于生物分析技术领域，具体涉及一种生物传感器、制备及其应用，特别是一种对过氧化氢和多酚类化合物高灵敏度检测的生物传感器、制备及应用。 

背景技术

卟啉及其衍生化合物广泛存在于生物体内和能量转移相关的重要细胞器内。铁卟啉(Hemin)是血红蛋白的活性中心，在运输氧的过程中起重要作用。血色素与铁卟啉结构类似，三价铁离子为其活性中心，血色素对氮气、氧气、一氧化氮、二氧化碳和过氧化物等有极高的催化性能，其催化活性是由与卟啉环配位的三价铁离子在得失电子过程中提供。但是，由于缺乏适宜的仿生环境，其电子传递效率大大低于天然酶，因此为了实现其在电极表面可逆的直接电子转移，选择合适的电极修饰材料和固定方法就显得非常重要。 

目前研究较多的是石墨烯和碳纳米管等，由于石墨烯和碳纳米管的量子尺寸效应和大的共轭表面，使得其在促进电子转移方面有着不可或缺的作用，石墨烯和碳纳米管的使用为血色素的高效仿生催化提供了可能。数年来，研究者一直致力于如何更好地将血色素稳定的固定于石墨烯或碳纳米管上。郭通过将血色素连接到石墨烯纳米片上，使石墨烯纳米片功能化，之后将功能化石墨烯修饰于玻碳电极上，这种将石墨烯纳米片功能化的方法制备过程复杂，不易操作且纳米片大小不易控制，所以重复性不高[Sens Actuators B,2011,160:295-300]。韦使用的是用还原性氧化石墨烯固定血色素，这种方法虽制备相对简单，但是检测灵敏度不高[Nanotechnol,2012,23:335707-335714]。屠采用的是碳纳米管与血色素之间的协同作用，将血色素固定于碳纳米管上，这种协同作用不稳定，且固定的血色素的量不易控制[Acid.Chem Eur J,2009,15:779-784]。2001年，陈成功的利用1-芘丁酸将蛋白质固定于碳纳米管上，之后1-芘丁酸作为一种新型的生物分子与碳材料之间的连接剂被广泛关注[J.Am.Chem.Soc.2001,123,3838-3839]。1-芘丁酸包含四个苯环，可以与碳纳米管和石墨烯通过π-π堆积作用稳定结合，所以，1-芘丁酸可以作为连接蛋白质和其他生物分子到碳材料上的一种手段。然而无论是石墨烯还是碳纳米管，它们的前期处理均较复杂且当其修饰到电极上时不易稳定，所以我们一直致力于研究一种制备过程简单且性能稳定的仿生 传感器， 

聚3,4-乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸(PEDOT-PSS),自20世纪80年代合成后，已被作为一种稳定的共价聚合物广泛使用，PEDOT电子传递速率高且极易成膜。研究表明，PEDOT作为修饰电极材料对酚类化合物，多巴胺，尿酸和吗啡等有良好的电催化性能。另外，PEDOT-PSS含有大π键的化学结构，可以通过π-π共轭作用有力的连接含有苯环的化合物，这样可同时发挥PEDOT促进电子传递的优良特性，但是目前通过PEDOT的π-π共轭作用制备仿生传感器还尚未发现。 

发明内容

针对现有技术传感器制备过程复杂，且灵敏度不高等缺陷，我们的目的在于提供一种生物传感器、制备及其应用。 

发明原理：通过对1-芘丁酸连接蛋白质到碳纳米管上的理论研究发现1-芘丁酸与碳纳米管之间存在π-π共轭作用，这种连接作用力稳定，且可同时发挥碳纳米管的优势，然而碳纳米管前期处理较复杂且当其修饰到电极上时不稳定，为了研发出制备过程简单且性能稳定的仿生传感器，我们探索到一种与碳纳米管类似的可通过π-π共轭作用连接1-芘丁酸的聚合物：聚3,4-乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸(PEDOT-PSS)，PEDOT-PSS性能稳定，电子传递速率高且极易成膜，制备过程简单。本发明第一次采用PEDOT作为电极修饰材料连接1-芘丁酸，在极性有机溶剂DMF中，1-芘丁酸可以不可逆地吸附到聚3,4-乙撑二氧噻吩（PEDOT）膜的疏水表面。基于以上考虑，我们首次利用π-π共轭效应，将1-芘丁酸与导电高聚物PEDOT相连，同时，利用ZrOCl₂可与羧基形成羧基-Zr⁴⁺-羧基配位键的性质，将血色素固定于1-芘丁酸上。 

为了解决现有技术中的这些问题，本发明的技术方案是：一种对过氧化氢和多酚类化合物高灵敏度检测的生物传感器，所述生物传感器是以血色素为主体、PEDOT为修饰材料、1-芘丁酸为中间连接剂，将PEDOT与1-芘丁酸通过π-π共轭作用连接，1-芘丁酸与血色素通过锆离子的配位化学作用形成的仿生传感器，其结构如下： 

A:PEDOT；B：血色素；C：1-芘丁酸