[发明专利]金膜电极、电化学生物传感器电极、传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种金膜电极、电化学生物传感器电极、传感器及其制备方法。所述金膜电极包括：基底；基底之上的金薄膜，所述金薄膜的厚度为200～400nm，所述金薄膜的与基底相反一侧表面的表面粗糙度Ra为5～10nm且表面的孔隙深度为20～40nm。所述表面粗糙度Ra以及表面孔隙深度为经过粗糙化处理而得到，所述粗糙化处理优选包括化学蚀刻处理。所述电化学生物传感器电极包括：上述金膜电极、以及形成于所述金膜电极的金薄膜之上的修饰层，所述修饰层中包括普鲁士蓝，且其厚度为20～130nm，所述普鲁士蓝的至少一部分以球形和/或立方状颗粒形式存在。

技术领域

本发明属于纳米生物材料及电化学生物传感器领域，涉及一种表面粗糙化处理的金膜电极及基于其的过氧化氢传感器、以及它们的制备及检测方法。

背景技术

许多生物及化学反应过程都有过氧化氢(H₂O₂)的参与或产生。尤其在生物体内，很多氧化物酶的反应副产物都包含有H₂O₂。对于生物体内很多激素和代谢产物，如血糖、乳酸、胆固醇、酒精等的定量检测模式通常是基于酶催化底物与H₂O₂的氧化还原反应产生光、电信号，继而对这些信号进行检测而完成。因此，在食品处理，纺织品工业，纸张漂白，制药，临床医学以及消毒剂制造等领域，对于过氧化氢的准确、定量检测具有十分重要的应用价值。

现阶段对于H₂O₂的分析方法主要有荧光光谱法，化学发光法，分光光度法以及电化学检测法等。其中电化学方法因为操作简便，设备花费低，测量结果准确，尤其是可以获得低的检出物浓度，在生物传感器制备中被认为是最佳检测方法。直接的H₂O₂电化学检测方法通常是在经过化学/电化学修饰的含有与过氧化氢可发生反应物质的铂，金，玻碳等电极表面施加恒定电位，同时检测氧化还原反应电流而实现。辣根过氧化物酶(HRP)与普鲁士蓝(Prussian blue，PB)是近年来广泛应用的过氧化氢酶。由于PB对H₂O₂的电催化还原是在低电位下进行，可排除许多电活性物质，如尿酸，乙酰氨基酚和抗坏血酸等的干扰，因此PB修饰电极对H₂O₂的检测具有极强的选择性。

对于修饰电极的基底而言，磁控溅射金膜的化学性质稳定，可进行PB功能层的多种形式固定，如电化学沉积，丝网印刷和化学合成涂覆等方法。同时，由于金膜的厚度小，具备进行柔性化制备的能力，可提高生物体用传感器电极的使用舒适度。然而，普通磁控溅射金膜的表面粗糙度极低，对于电化学活性功能层的固定不利。通过进行表面处理，如脱合金得到表面多孔结构等，可以提高传感器功能层稳定性并进而提高其工作性能。但是经过脱合金制得的纳米多孔金膜表面裂纹极多，易于破裂，在制备过程中极易与基底脱离，不适合进行后续加工。因此，对磁控溅射金膜的表面处理工艺进行改进，可以提高传感器功能层的工作性能，避免电极表面的脆性，使其可进行后续处理，得到更加稳定，灵敏且检测范围更广的电化学传感器。

引用文献1，公开了一种过氧化氢电化学传感器的制备方法，其采用玻碳电极片表面镀覆多层修饰薄膜，其第一层为萘酚绿。所述传感器的检测极限为0.9μM，相应的线性范围为8×10^-6～1.8×10^-4M。

引用文献2，其公开了电化学传感器，其在玻碳电极表面电沉积金纳米颗粒以及磁性四氧化三铁，并公开了其检测极限为50nM。

引用文献3，其公开了一种过氧化氢非酶电化学传感器及其制备方法，其采用诸如金等贵金属纳米颗粒对电极进行修饰。其采用离子束流沉积进行贵金属的沉积，控制沉积量在5层以内，其对过氧化氢的检测的线性范围为4～44M。

引用文献4，其公开了一种金微球-氮化钛纳米管阵列复合材料及其制备方法，还提供了该复合材料在制备无酶过氧化氢电化学传感器中的应用。其在氮化钛基片上排雷氮化钛纳米阵列管，并在该阵列管顶端形成金微球。