[发明专利]一种大孔径泡沫硅-还原氧化石墨烯基电化学修饰材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种大孔径泡沫硅‑还原氧化石墨烯基电化学修饰材料及其制备方法和应用。所述电化学修饰材料为MCFs‑rGO，制备方法为：在水合肼作用下，在氧化石墨烯还原过程中使其与合成大孔径泡沫硅的模板剂聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷‑聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)复合，获得复合物P123‑rGO，再以P123和均三甲苯TMB为模板剂和扩孔剂，以正硅酸四乙酯为硅源，通过硅烷化反应使MCFs在P123‑rGO上原位生长，最后除去模板剂，得到MCFs‑rGO复合物。制备的电化学修饰材料具有优良导电性和生物相容性，将该材料应用于生物传感器中，拓展了在电化学分析、生物传感等领域中的应用。

技术领域

本发明涉及生物电化学领域，具体涉及一种大孔径泡沫硅-还原氧化石墨烯基电化学修饰材料及其在电化学检测中的应用。

背景技术

生物传感器是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物物质、换能器和信号放大装置构成，近年来获得许多关注。

在过去的几年中，人们对酶电极的研究愈加关注，直接电化学对于生物传感器实现酶与电极间的电子转移具有十分重要的作用。石墨烯由于它的大的比表面积，优异的导电性和强的机械强度和二维开放的结构，在生物电化学领域得到广泛利用。而作为一种新型材料，还原氧化石墨烯兼具导电性和有化学活性的缺陷位点，渐渐受到更广泛的关注。例如，在生物传感器领域，近期人们发现它作为一种电极材料可以帮助酶实现与电极间的直接电子传输，从而成为构建生物传感器的适宜的材料。然而未经修饰的还原氧化石墨烯表面的疏水性可能导致酶的泄漏或构象改变，使酶活性降低，从而使传感器的性能降低。因此选择适宜的表面修饰的方法将有利于石墨烯基生物传感器在生物电化学领域的进一步应用。大孔径泡沫硅由于具有较大的比表面积和较大的孔道以及表面的亲水特性已经在酶固载中引起广泛的重视。但是，作为以二氧化硅为主要成分的材料，它的电子传输性较差，使得它制得的传感器性能相对于其他碳基材料要逊色许多。

发明内容

本发明设计了一种大孔径泡沫硅-还原氧化石墨烯基电化学修饰材料及其制备方法和应用。

本发明采用的技术方案是：一种大孔径泡沫硅-还原氧化石墨烯基电化学修饰材料，所述的电化学修饰材料为MCFs-rGO。

上述的一种大孔径泡沫硅-还原氧化石墨烯基电化学修饰材的制备方法，包括如下步骤：在水合肼作用下，氧化石墨烯(GO)与模板剂三嵌段共聚物聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷(P123)复合，获得复合物P123-rGO，再通过硅烷化反应使MCFs在P123-rGO上原位生长，最后除去模板剂，得到电化学修饰材料MCFs-rGO。具体为：

1)复合物P123-rGO的合成：将氧化石墨烯GO超声分散于去离子水中，加入三嵌段共聚物聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷P123和氨水后，继续搅拌20～30分钟，加入水合肼后，调节混合溶液的pH值在9～10之间，将混合体系在110℃下回流24小时，离心，洗涤，得复合物P123-rGO。

优选的，氧化石墨烯GO、三嵌段共聚物聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷P123的质量之比为1:(3.8-4.2)。

优选的，三嵌段共聚物聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷P123、水合肼和氨水的质量之比为1:(4.3-4.5):(4.4-4.7)。

2)电化学修饰材料MCFs-rGO的合成：在搅拌下，将三嵌段共聚物聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷P123加入到盐酸溶液中完全溶解后，在38℃下，加入复合物P123-rGO和均三甲苯TMB的分散液，继续搅拌60～70分钟，再加入正硅酸四乙酯TEOS，将混合物在38℃下搅拌20小时后转移到水热反应器中，在110℃下反应24小时，冷却后，依次用甲苯和丙酮洗涤，真空干燥，最后在500℃下煅烧1-2小时。