[发明专利]基于石墨烯量子点的类过氧化物酶催化特性的葡萄糖检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于石墨烯量子点的类过氧化物酶催化特性的葡萄糖检测方法，属于光学传感技术领域。

背景技术

天然酶是在生物体内存在的、有效的生物催化剂。由于它们具有很高的生物专一性和催化活性，被应用于医药、生物技术、化学工业和环境科学等领域。在这些天然酶中，过氧化物酶因为可以催化过氧化氢进行各种化学反应，被广泛应用于分析诊断学等领域。辣根过氧化酶是一种最常见的过氧化物酶，常被用于双氧水和葡萄糖的检测中。但是，天然酶的催化活性容易受pH、温度等自然环境改变的影响。此外，酶的提取、纯化和储存费用也都比较高。因此，研究新的、有效的、可用于实际应用的过氧化物酶仿生物具有重要意义。

石墨烯量子点（GQD）是一种粒径小于100 nm的石墨烯片，具有良好的光学和电子特性，且分散好、荧光强、低毒、生物相容性好。这些性质使GQD被广泛应用于生物成像、生物传感和光伏器件中。但是，目前关于GQD的研究都是基于其表面的羧基或者电荷而设计的，有关GQD催化活性的研究仍较少。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于石墨烯量子点的类过氧化物酶催化特性的葡萄糖检测方法。

本发明是这样来实现的，将葡萄糖氧化酶（GOx）和葡萄糖溶液混合，利用GOx对葡萄糖的催化反应产生双氧水（H₂O₂）；再加入GQD和还原型四甲基联苯胺（TMB）的混合溶液，GQD催化H₂O₂发生还原，同时，TMB被氧化为氧化型TMB（oxTMB），溶液由无色变为蓝色，在652 nm处产生紫外吸收峰；葡萄糖浓度越大，GOx催化葡萄糖产生的H₂O₂越多，在GQD的催化作用下，生成的oxTMB量越多，溶液的蓝色越深，吸光度增大，建立了基于GQD的类过氧化物酶催化特性的葡萄糖检测方法。此外，GOx对葡萄糖催化的选择性以及GQD对H₂O₂的良好催化活性，可实现对葡萄糖的灵敏性和选择性检测。

本发明采用以下技术方案：

（1）氧化石墨烯（GO）的制备：将0.5 g石墨粉和0.5 g硝酸钠加入到23 mL质量百分浓度为98%的浓硫酸中，在冰浴条件下搅拌均匀，再慢慢加入3 g高锰酸钾，在35 °C水浴中搅拌至溶液形成棕色糊状物，加入40 mL超纯水并继续搅拌30分钟，再加入100 mL超纯水后，逐滴滴入质量百分浓度为30%的双氧水，直至溶液颜色变为亮黄色为止；将产物趁热过滤并用超纯水清洗至滤液为中性，在真空干燥箱中50 °C干燥，即制得氧化石墨烯；

（2）石墨烯片的制备：将氧化石墨烯置于管式炉中，氮气保护下，于300 °C还原2小时，冷却至室温，即制得石墨烯片；

（3）GQD的制备：将0.05 g石墨烯片置于体积比1:3的质量百分浓度分别为98%和68%的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中超声17小时，加入250 mL超纯水稀释，用0.22 μm的微孔滤膜抽滤至中性为止；将滤饼溶于20 mL超纯水中，用NaOH调节溶液的pH为8左右，将溶液转移到高压反应釜中于200 °C反应12小时，冷却到室温；将得到的溶液用0.22 μm的微孔滤膜过滤除去大体积的石墨烯片，得到的棕色滤液即为GQD溶液。

（4）葡萄糖检测：将GOx和葡萄糖溶液混合，在37 °C反应30分钟，GOx催化葡萄糖反应产生H₂O₂；再加入GQD和TMB的混合溶液，室温下反应1小时，在GQD的催化作用下，H₂O₂发生还原，同时将TMB氧化为oxTMB，使得溶液由无色转变为蓝色，在652 nm处产生明显的紫外吸收峰；葡萄糖浓度越大，产生的H₂O₂越多，在GQD的催化作用下，生成的oxTMB量越多，溶液的蓝色越深，652 nm处的吸光度增大，吸光度增大的程度与葡萄糖浓度在1-100 µM范围内呈线性关系，对葡萄糖的检测限为0.1 µM，表明本发明建立的传感器可用于对葡萄糖的快速和灵敏检测。

本发明的技术效果是：本发明利用在氧气存在下GOx催化葡萄糖产生H₂O₂，进而结合GQD的类过氧化物酶的催化特性，在催化H₂O₂还原的同时，使TMB发生氧化而显色，根据溶液颜色的加深以及紫外吸收强度的增大，可实现葡萄糖的快速、灵敏性和选择性检测，具有良好的应用前景。