[发明专利]一种纳米碳管载葡萄糖氧化酶膜电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能化多壁纳米碳管的方法，还涉及一种葡萄糖氧化酶膜电极的制备方法，具体地是一种纳米碳管用于葡萄糖氧化酶膜电极的制备方法的技术方案。

背景技术

基于直接电子传递的酶生物传感器由于成本低，并且不使用价格昂贵或者有害的媒介而成为当今的研究热点之一。实现酶和电极表面的直接电子传递是这种传感器的关键。然而，对于绝大多数的酶而言，由于酶活性中心往往包埋在蛋白质核心，所以直接电子传递的实现非常困难。因此，活性敏感材料的选择和改性就成为构建高性能的酶生物传感器的核心问题。

纳米材料由于可以充分接近酶活性中心，从而使得直接电子传递成为可能而备受关注。在酶传感器中采用纳米材料为载体不仅可以增加酶的固定量和稳定性，而且还可以提高酶的催化活性，进而提高酶电极的响应灵敏度。其中，纳米碳管由于其卓越的导电性、优良的化学稳定性、生物兼容性以及比表面积大和成本低，已经被广泛应用于酶的固定化。

然而，纳米碳管的物理和化学性状会影响酶的吸附和酶的活性。纳米碳管的功能化不仅可以改变其性质，并且恰当的功能化还可以保持其优良的导电性。纳米碳管的功能化为酶生物燃料电池的研究提供了更多可能的载体材料。表面功能化的主要方法除了强酸氧化处理之外，还有用表面活性剂，芳香族化合物，聚合物或聚合电解质及生物分子等进行非共价功能化处理。强酸氧化处理不可避免地破坏碳管的石墨结构而降低其导电性。为了保持纳米碳管的完整结构和机械性能，非共价修饰受到越来越多的关注。

葡萄糖的检测在食品分析、生物化学及临床医学等领域中都十分普遍。实现葡萄糖的快速定量检测在这些领域具有重要意义。利用葡萄糖氧化酶测定葡萄糖浓度是较好的测定方法。迄今已有基于电极修饰的葡萄糖氧化酶传感器，是将葡萄糖氧化酶及载体固定在电极上制成的。同大多数酶一样，葡萄糖氧化酶的活性中心黄素腺嘌呤二核苷酸也包埋在酶分子内部，使得直接电子转移难以实现。目前利用纳米碳管及功能化的纳米碳管作为葡萄糖氧化酶载体构建葡萄糖氧化酶传感器均有报道。2014年《化工学报》报道了将葡萄糖氧化酶分别固定在氨基化纳米碳管和羧基化碳管(MWNTs-COOH)修饰电极的电化学特性；2008年《SensorsandActuatorsB》报道了聚二烯丙基二甲基氯化铵功能化单壁纳米碳管(SWCNT)，并考察了其在葡萄糖传感器中的性能。但是二烯丙基二甲基氯化铵单体功能化碳管并用于葡萄糖传感器尚未见文献和专利报道。膜电极的制备中一般单独采用二甲基甲酰胺或者壳聚糖来作为分散剂和酶的溶剂。但是二甲基甲酰胺是有机溶剂，是否会对酶活性有影响不得而知，而壳聚糖溶液通常是酸性溶液，可能会改变碳管的表面带电情况，从而影响酶的吸附。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米碳管的功能化方法；本发明的另一目的是提供一种葡萄糖氧化酶膜电极的制备方法，进而提供一种纳米碳管载葡萄糖氧化酶膜电极的制备方法。

实现本发明目的的技术方案如下。

一种纳米碳管载葡萄糖氧化酶膜电极的制备方法，所述制备方法是按下列步骤进行的：

1)将60mg净化后的纳米碳管悬浮于200ml的去离子水中，并加入2gNaCl和0.5wt％的二烯丙基二甲基氯化铵；

2)60℃条件下超声2小时，后搅拌12-15小时；

3)用去离子水洗涤去除试剂，过滤后70℃真空干燥24h，得到功能化纳米碳管；

4)将2mg纳米碳管或功能化纳米碳管悬浮于2ml二甲基甲酰胺中，室温下超声30分钟，制成纳米碳管悬浮液；

5)将葡萄糖氧化酶溶于1.0wt％的壳聚糖酸性溶液中，制成10mg/ml的葡萄糖氧化酶壳聚糖酸性溶液；

6)选择直径4毫米的玻碳电极作为工作电极，使用前用3微米的铝粉打磨并在去离子水中超声5分钟；

7)滴加10微升纳米碳管悬浮液于洁净的玻碳电极上，室温下晾干；然后再滴加10微升酶壳聚糖溶液于电极上，室温下晾干，获得纳米碳管载葡萄糖氧化酶膜电极。

进一步地，附加技术方案如下。

所述纳米碳管在使用前要由32wt％的盐酸溶液超声净化6小时，于室温下在盐酸溶液中搅拌48小时，超纯水清洗并干燥。

所述纳米碳管是多壁纳米碳管，其管壁数平均为12层，其外径平均为13.8nm。

所述壳聚糖酸性溶液是将1.0g的壳聚糖溶于100ml、体积浓度为1.0％的乙酸溶液中，40℃条件下搅拌至完全溶解，然后用氢氧化钠将该溶液的pH值调节到5.5-6.0，并用0.45μm过滤器过滤获得。