[发明专利]离子液体共价修饰石墨烯－类水滑石复合膜固定蛋白修饰电极及其制备方法和检测应用

说明书

技术领域：

本发明涉及一种氨基功能化离子液体共价修饰石墨烯-剥离类水滑石片复合材料固定蛋白修饰电极；本发明还涉及所述修饰电极的制备方法及其在电化学传感检测方面的应用。

背景技术：

生物传感器是结合生物或者生物衍生物的敏感元件与理化换能器的一类分析装置，它能够根据分析物的浓度产生间断或者连续的信号，并且信号强弱与浓度成正比[张先恩，生物传感器[M]，北京：化学工业出版社，2006，16-40.]。其中，酶电化学传感器在近年来引起了极大的关注。牛血红蛋白酶(Hb)结构简单且具有代表性，易于实现大规模生产，因此被作为直接电化学的理想模型。同时对于Hb直接电子转移的研究还可以促进人们对生物体电子转移机理的理解。然而，Hb的电活性中心埋藏较深，在电极表面很难发生直接电化学，而且它们直接吸附在裸电极表面容易发生脱落或变性。因此，寻找能保持酶的活性并促进直接电子传递的材料，已成为生物电化学传感领域研究的重要课题。

石墨烯(GR)是二维的单分子层的sp²杂化碳原子，于2004年由Geim首次成功制备，因其具备优良的机械性能和电性能，近年来引起了各个领域研究的广泛关注[K.S.Novoselov,A.K.Geim,S.V.Morozov,D.Jiang,Y.Zhang,S.V.Dubonos,I.V.Grigorieva,A.A.Firsov,Science306(2004)666.]。化学还原是一种低成本的方法，因此被广泛应用于GR的大规模工业生产。然而在生产过程中，GR片层间会因强的π-π相互作用而发生不可逆的堆叠，这不仅损害了GR的分散性能，同时也增大了片层间的接触电阻，从而严重限制了GR的电化学性能以及其在各个领域内的应用[X.C.Dong,H.Xu,X.W.Wang.3Dgraphene-cobaltoxideelectrodeforhigh-performancesupercapacitorandenzymelessglucosedetection.ACSnano,2012,6:3206～3213.]。幸运的是，最近研究发现通过将其他纳米材料嵌插入GR片层间可以很好地解决上述问题，因此研究者们将各种各样的纳米材料应用于该研究领域。

类水滑(简写为LDHs)是一类二维纳米阴离子粘土，组成通式可表示为[M_1-x²⁺M_x³⁺(OH)₂]^x+(A^n-)_x/n·mH₂O，具有水滑石层状结构且片层携带正电荷，层间存在可交换的阴离子。带负电荷的氨基酸、DNA、蛋白质、多肽和酶等生物分子可插入LDH层间，形成生物分子-LDH纳米杂化物[詹天荣，侯万国.层状双金属氢氧化物在绿色材料领域中的应用.化学通报，2010，73(7)：608～615.]。水滑石经剥离过程后变成携带正电荷的单片(ELDH)，其不仅具有原始LDH的各种性能，同时还呈现出开放的内表面、分子厚度的正电层以及大的比表面积等独特性能，因此极大扩展了LDH的应用领域。因此研究者将带正电荷的LDH或ELDH与GR进行复合，如Sun等将LDH与单分子层的GR水分散液混合超声制备了GR-LDH复合物[Sun,W.；Guo,Y.；Lu,Y.；Hu,A.；Shi,F.；Li,T.；Sun,Z.,Electrochemicalbiosensorbasedongraphene,Mg₂Allayereddoublehydroxideandhemoglobincomposite.ElectrochimicaActa2013,91,130-136.]，Wimalasiri等通过混合ELDH与氧化石墨烯(GO)再经过随后的腈还原过程制备出GR-ELDH复合物[Wimalasiri,Y.；Fan,R.；Zhao,X.S.；Zou,L.,AssemblyofNi-Allayereddoublehydroxideandgrapheneelectrodesforsupercapacitors.ElectrochimicaActa2014,134,127-135.]，以上研究得到的GR-LDH或GR-ELDH虽然解决了GR片堆叠和LDH聚集的问题，但复合后的杂化物容易沉降，整体分散性较差，而且作为电极修饰材料其导电性也需进一步提高。