[发明专利]基于Nafion/血红蛋白/氮掺杂石墨烯量子点修饰电极的制备及其电催化性能研究

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮掺杂石墨烯量子点/血红蛋白修饰电极的制备方法与实际应用。

背景技术

石墨烯（GR）是一种新型的二维碳基纳米材料，它具有独特的电学、光学和力学性能，使其迅速成为当前物理、化学和材料学等领域的研究热点。通过对石墨烯的结构进行修饰可以改进石墨烯的性能，得到功能化石墨烯基材料。石墨烯量子点(GQDs)是石墨烯家族的最新一员，GQDs除了具有石墨烯的优异性能，还因量子限制效应和边界效应而展现出一系列新的特性。

氮掺杂改性可使GQDs表现出全新的性能。相对于碳原子，氮原子具有五个价电子，和碳原子有着相当的原子尺寸大小，已经被广泛应用于碳材料的化学掺杂，如氮掺杂石墨烯、氮掺杂碳纳米管等。氮掺杂石墨烯量子点是一种用来改变GQDs表面电子云密度以及调节其物理化学性质的有效方法。通过对GQDs进行氮原子掺杂，一方面可以提高GQDs的量子产率、荧光性能，拓宽GQDs的荧光发射光谱；另一方面可以为GQDs的生物功能化提供多维、多种类的反应活性位点，从而构建基于GQDs的细胞成像和药物传输等领域的应用。因此很有必要拓展氮掺杂石墨烯量子点的应用领域。

第三代电化学酶传感器具有灵敏度高、检测范围广和检测限低等优点，它是基于无媒介体的氧化还原蛋白质酶的直接电化学行为，通过检测酶与电极之间的直接电子转移为特征的生物传感装置，这种传感器无媒介体制作过程相对简单且无外加物质，是当前最理想的生物传感器。以氧化还原蛋白质的直接电化学为研究基础的第三代无媒介体传感器已成为电化学生物传感器研究领域的重要内容。

三氯乙酸（TCA）是一种易溶于水的有机小分子，它是饮用水消毒副产物卤乙酸中致癌能力最高的有机氯化物，快速精确检测TCA有着重大的意义。氧化还原蛋白质可以催化TCA的降解，并达到电催化检测的目的。由于N-GQDs可以促进血红蛋白（Hb）在电极上的电子传递加快催化反应的进行，将Hb与N-GQDs相组装既可以保持其催化活性又可以缩短传质路径、进而提高传质速率，从而可以构建成具有制备简单、响应快、催化活性高的电化学酶传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种第三代电化学酶生物传感器的制备方法，并用这种修饰电极对TCA进行检测。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

1.基于Nafion/血红蛋白/氮掺杂石墨烯量子点修饰电极的制备及其电催化研究，其特征包括：制备离子液体碳糊电极，制备Nafion/血红蛋白/氮掺杂石墨烯量子点修饰电极，包括以下步骤：

（1）制备离子液体碳糊电极。按比例称取石墨粉和N-己基吡啶六氟磷酸盐（HPPF₆）并加入液体石蜡作为粘合剂，放入研钵中充分研磨。将研磨好的混合物填入内径为4 mm的玻璃电极管中，内插铜丝作为导线，将玻璃电极管中的固体混合物压实即得CILE。放入冰箱4℃保存，使用前将电极表面打磨成镜面；

（2）制备Nafion/血红蛋白/氮掺杂石墨烯量子点修饰电极。分别配制15 mg mL^-1 Hb、0.6 mg mL^-1 N-GQDs溶液，采用分层涂布法取8 μL 0.6 mg mL^-1 N-GQDs溶液滴涂在CILE表面，自然晾干；取8 μL 15 mg mL^-1 Hb溶液于CILE上，自然晾干；取6 μL 0.5% Nafion滴涂于电极表面，自然晾干后即得修饰电极Nafion/Hb/N-GQDs/CILE。

所述的氮掺杂石墨烯量子点，利用TEM对其形貌进行表征。

所述的离子液体修饰碳糊电极，其特征在于，离子液体为N-己基吡啶六氟磷酸盐（HPPF6）质量为0.8 g，石墨粉质量为1.6 g，液体石蜡的用量为500 μL。

所述的修饰电极，其特征在于，N-GQDs的用量为8.0 μL，浓度为0.6 mgmL^-1；Hb的用量为8.0 μL浓度为15 mgmL^-1；Nafion的浓度为0.5 %用量为6.0 μL。

采用Nafion/血红蛋白/氮掺杂-石墨烯量子点复合膜修饰电极为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，组成三电极体系，采用循环伏安法和交流阻抗法对修饰电极进行表征，得到相应的循环伏安曲线图和交流阻抗谱图。

所述的Hb的直接电化学行为，其特征在于，pH为5.0的PBS缓冲溶液，扫速为100 mV s^-1。