[发明专利]一种双纳米酶修饰碳纤维复合材料、其制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米材料的合成领域，具体地，涉及一种双纳米酶修饰碳纤维复合材料、制备方法及其在电化学分析中的应用。本发明制备得到的一种负载在碳纤维载体上的金属(及合金)纳米颗粒‑石墨烯量子点组装体的双纳米酶复合材料，利用双纳米酶较大的比表面积、表面丰富的活性位点结构优点和协同催化作用，基于碳纤维电极材料特殊的机械性能和微小尺寸，将负载了双纳米酶复合材料的碳纤维作为柔性纳米复合微电极，用于检测生物组织中活性氧自由基类物质(如过氧化氢的浓度)，灵敏度高、稳定性好。

技术领域

本发明属于纳米材料的合成领域，更具体地，涉及一种双纳米酶修饰碳纤维复合材料、制备方法及其在电化学分析中的应用。

背景技术

随着科技飞速发展和人们健康意识提高，人们对便携式、安全式、健康式的微型精密医疗电子产品不断追求，如何获得具有微型、质轻、柔软、安全、可植入等特点的医疗电子产品是当务之急。将纳米材料引入柔性微电极体系中制备高性能纳米复合微电极材料，除了可将纳米材料本身的物化特性引入电极界面外，同时也能利用负载纳米尺寸材料的独特的量子限域效应、表面效应等特性极大程度增大微电极材料比表面积、提高其电化学性能和催化活性，可用于电化学生物传感检测；柔性微电极尺寸达到微米、甚至纳米级别，柔韧性和机械性能良好，能在不加入其他电极组件的情况下直接作为无支撑电极使用，且能顺应人体周围软组织的自然运动，很好地用于人体体内检测，不会给人体的有机组织造成损伤，同时能有效减轻或消除治疗给患者带来的不适与痛苦。因此，研究制备柔性微电极成为生物传感检测的一大热点。

在生物机体中，活性氧自由基类物质如过氧化氢在生物体内的含量水平直接与生物细胞的生理、病理活动相关；过氧化氢也是食品、药物、环境分析中的重要成份。因此，研究出高效准确检测生物体过氧化氢含量技术，对阐释细胞内信号转换过程和研制疾病早期诊断、干预方法具有理论意义和实用价值。目前常用于构建过氧化氢传感器的敏感元件是天然酶，化特点是效率高、底物专一，但是在催化过程中容易受到环境变化变性、稳定性差以及操作成本高。

随着纳米技术和生物技术的发展，人工合成的纳米酶材料受到关注，纳米酶模拟天然酶的结构和功能，兼具酶和纳米材料的“双重身份”，与天然酶和传统模拟酶不同的是，“纳米酶”除了具有酶的催化功能之外，还具有纳米材料独特的物理和化学特性，化学稳定性和热稳定性好、催化活性高、廉价易得。报道的纳米材料如贵金属颗粒具有内在的类似辣根过氧化物酶的催化活性、良好的电化学性能和生物相容性，可应用于过氧化氢检测，但是单独使用纳米酶贵金属颗粒易团聚致使活性降低，用作微电极其在负载过程中颗粒尺寸大，分散度不高使催化性能低，有待提高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种双纳米酶修饰碳纤维复合材料、其制备方法和应用，具体为一种基于贵金属(及合金)纳米颗粒-石墨烯量子点组装体的双纳米酶复合材料修饰碳纤维电极的制备方法及应用，其充分结合过氧化氢检测酶的特点和需求，针对性地对过氧化氢人工检测酶进行重新设计，将贵金属(及合金)纳米酶和石墨烯量子点进行复合，并对其关键制备工艺的整体工艺设计、各步骤的反应条件(如反应物浓度、反应时间、电沉积参数)等进行改进，与现有技术相比，制备得到的贵金属(及合金)-石墨烯量子点组装体，其中石墨烯量子点形成组装体结构，其致密度大大提高，为负载贵金属(及合金)纳米颗粒提供了更大的比表面积，同时自身的催化活性也有效提高。利用双纳米酶较大的比表面积、表面丰富的活性位点结构优点和协同催化作用，基于碳纤维电极材料特殊的机械性能和微小尺寸，将负载了双纳米酶复合材料的碳纤维作为柔性微电极，用于检测生物组织中活性氧自由基类物质(如过氧化氢的浓度)，灵敏度高、稳定性好，由此解决现有技术的存在的单纳米酶贵金属颗粒颗粒尺寸大、分散度不高、易团聚、催化活性低等技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种双纳米酶修饰碳纤维复合材料，其以碳纤维为基底，所述碳纤维表面负载有石墨烯量子点和离子液体，以所述石墨烯量子点和离子液体为成核点，在所述成核点负载有贵金属纳米颗粒。