[发明专利]一种铂-三维石墨烯气凝胶基酶传感器件的制备及应用

说明书

本发明公开了一种铂‑三维石墨烯气凝胶基酶传感器件的制备方法及其对三氯乙酸的电催化还原测定。以氯铂酸和氧化石墨烯水溶液为前驱体，采用一步水热法制备均匀负载铂纳米粒子的铂‑三维石墨烯气凝胶(Pt‑3DGA)。将Pt‑3DGA与辣根过氧化物酶(HRP)按一定比例混合制得HRP‑Pt‑3DGA复合物，取8μL涂布于电极表面，自然晾干后再滴涂8μL 0.5％Nafion制得HRP酶传感器。本方法制得的Pt‑3DGA具有三维多孔结构明显、比表面积大等特点。制得的酶传感器保持了HRP的天然结构和生物活性，实现了HRP的直接电化学，对三氯乙酸的电催化检测范围为0.5～40.0mmol/L，检测限为0.17mmol/L(3σ)。

技术领域

本发明具体涉及一种铂-三维石墨烯气凝胶基酶传感器件的制备及应用，属于电化学传感器领域。

背景技术

基于氧化还原酶直接电子转移的电化学生物传感器由于优良的选择性、灵敏度和方便性引起了极大关注，在药品质控、临床诊断和食品分析等领域得到广泛应用。然而，在制备酶传感器时需要解决两个关键问题：一是在电极如何有效固定酶且不变性；二是如何加快氧化还原酶和电极之间的电子转移速率。由于大多数蛋白质的氧化还原中心深深埋在多肽链内部，直接电化学通常很难实现。

辣根过氧化物酶（Horseradish Peroxidase，HRP）是一种典型的血红素酶，具有比活性高，稳定性好，分子量小，纯酶容易制备等特点，其直接电化学行为的研究对于研究生命体内的电子转移过程，了解生命过程的氧化还原机理及建立高灵敏的检测方法等具有重要意义。选择合适的材料应用于电化学生物传感界面设计对于实现蛋白质直接电化学具有重要影响，许多纳米材料具有高表面积和良好的生物相容性，如金属纳米粒子，金属硫化物，金属氧化物和碳材料，已被用于固定生物酶分子。纳米铂是一种具有较高催化活性的贵金属纳米材料，常用于电化学、电池等领域。石墨烯是单层石墨紧密排列所形成的蜂窝状二维空间材料，具有比表面积大、机械强度高、热导性高、导电性好等独特的性质，在高性能电子器件、复合材料、传感器及能量存储等领域具有重要应用，但是石墨烯纳米片易发生团聚进而限制了其应用范围。三维石墨烯是以石墨烯纳米片为基本单元构建的石墨烯宏观体，具有比表面积大，孔洞结构明显，导电性能优越等特点，为其制造宏观器件打下了良好的基础。开发一种基于三维石墨烯的三维复合材料并用于构建酶传感器，对于实现蛋白质酶的直接电化学及其催化应用具有重要意义。

发明内容

针对以上现状，本发明公开一种铂-三维石墨烯气凝胶基酶传感器件的构建方法及应用，不仅可以解决二维石墨烯纳米片易团聚的缺点，还可以增大电极有效面积，提高导电性，增加活性位点，提高蛋白质在电极表面的固定量，易于实现蛋白质的直接电化学。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铂-三维石墨烯气凝胶基酶传感器件的制备及应用，包括以下步骤：

（1）将氯铂酸与氧化石墨烯水溶液进行超声处理得混合液；

（2）将步骤（1）所述的混合液进行水热法处理，得圆柱形铂-三维石墨烯水凝胶；

（3）将步骤（2）中铂-三维石墨烯水凝胶进行干燥得铂-三维石墨烯气凝胶；

（4）奖步骤（3）制得的铂-三维石墨烯气凝胶与辣根过氧化物酶水溶液混合均匀，滴涂于电极表面，晾干后再滴涂Nafion溶液，自然晾干后即得铂-三维石墨烯气凝胶基酶传感器；

（5）将步骤（4）制得的铂-三维石墨烯气凝胶基酶传感器应用于三氯乙酸的电催化性能研究。

步骤（1）所述的氯铂酸浓度为0.1~2.0 mg/mL，氧化石墨烯水溶液浓度为0.5~5.0mg/mL；

优选的，所述的氯铂酸浓度为1.0 mg/mL，氧化石墨烯水溶液浓度为2.0 mg/mL。