[发明专利]一种基于氮掺杂石墨烯的无酶传感器及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于生物传感器技术领域，具体涉及一种基于氮掺杂石墨烯的无酶传感器及其制备方法和应用。

背景技术

过氧化氢(H₂O₂)普遍存在于自然界，在化工、纺织、环保、医疗及食品生产方面等都有重要的应用。另外，它也是生物体内众多氧化酶参与反应的副产物，常以反应中间体的形式存在，从而可以控制生物体内新陈代谢以及调控生物体内细胞凋亡，各种病变的发生与体内过氧化氢含量超标密切相关。因此，对过氧化氢的分析测定在生物、医疗及临床诊断研究中具有重要意义。目前对过氧化氢检测的研究方法包括化学发光法、荧光光度法、色谱法、氧化还原滴定法、光谱分析法、电化学方法等，后者电化学技术由于其操作简单、低耗、灵敏度高、选择性好、稳定性高和重现性好而成为过氧化氢测定的主要方法。其中，选择高性能的电催化材料和简单、快速、绿色的制备技术是构建过氧化氢无酶传感器的关键问题。

石墨烯具有独特的网状格结构特征和物理化学性能，可应用于生物分析和环境检测的电化学传感器，同时，石墨烯具有较大的电势窗口，使检测具有高氧化还原电位的分子变得可行。石墨烯的存在能增加复合材料的空间结合位点和界面电子传递速率，同时该复合材料借助不同组分的协同作用克服石墨烯本身卷曲、层间堆叠和溶剂中分散性差的不足，提高其电化学活性。近年来，掺杂石墨烯材料发展起来的传感器，具有较高的选择性、灵敏度和稳定性，已应用于葡萄糖、H₂O₂和一些小分子(草酸、抗坏血酸、尿酸等)的检测，同时对甲醇、乙醇等也有着优异的催化效果，在燃料电池领域有着巨大的应用前景。但目前还未有基于氮掺杂石墨烯材料无酶传感器应用于过氧化氢检测的报道。

发明内容

针对现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种基于氮掺杂石墨烯的无酶传感器。

本发明的另一目的在于提供上述基于氮掺杂石墨烯的无酶传感器的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述基于氮掺杂石墨烯的无酶传感器在过氧化氢检测中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于氮掺杂石墨烯的无酶传感器，由参比电极、对电极及修饰后的工作电极组成，所述修饰后的工作电极由工作电极及固化在工作电极表面的物质识别膜组成，其中，所述物质识别膜由氮掺杂石墨烯复合材料(GN)及全氟磺酸树脂(Nafion)组成。

优选地，所述的工作电极为玻碳电极，参比电极为银/氯化银电极，对电极为铂片电极。

上述基于氮掺杂石墨烯的无酶传感器的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)对工作电极进行表面预处理；

(2)制备氮掺杂石墨烯复合材料；

(3)将步骤(2)的氮掺杂石墨烯复合材料制备成氮掺杂石墨烯复合材料分散液，然后与全氟磺酸树脂溶液混合均匀得复合溶液；

(4)将复合溶液滴加到步骤(1)的电极表面，室温晾干，得到基于氮掺杂石墨烯的无酶修饰工作电极；

(5)将基于氮掺杂石墨烯的无酶修饰工作电极与参比电极和对电极组成三电极体系，得到所述基于氮掺杂石墨烯的无酶传感器。

优选地，步骤(1)中所述的表面预处理过程如下：将工作电极的表面依次用直径为0.3μm和0.05μm的Al₂O₃粉末抛光成镜面，再用水冲洗；然后依次在无水乙醇和水中超声清洗1min，取出用水洗净，晾干；然后置于0.5mol/L H₂SO₄溶液中，在-0.3～1.5V下进行电化学氧化还原，活化电极并将电极表面残留物除去。

优选地，步骤(2)中所述氮掺杂石墨烯复合材料通过如下方法制备：将氧化石墨加入到去离子水中超声剥离1～4h，然后加入FeCl₃·6H₂O溶液和吡咯单体，搅拌1～2h混合均匀后加入到水热反应器中，在120～240℃条件下水热还原8～24h后取出，冷冻干燥，然后在氮气保护条件下于400～600℃高温处理1～2h，得到所述氮掺杂石墨烯复合材料。