[发明专利]一种聚合离子液体修饰MXene纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种聚合离子液体修饰MXene(Ti₃C₂T_x)纳米复合材料及其制备方法和应用。采用的技术方案是：通过非共价相互作用制备了聚1‑乙烯基‑3‑乙基咪唑溴盐(PILs)修饰的MXene纳米复合材料，并将其固载于玻碳(GCE)电极表面，构筑葡萄糖氧化酶(GOx)与PILs‑MXene的修饰电极，成功地实现了酶与电极间的直接电子转移。本发明的复合材料可用于葡萄糖的检测，具有良好的检测性能。

技术领域

本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种聚合离子液体修饰MXene纳米复合材料的制备方法和应用。

背景技术

人体血液中葡萄糖水平的异常可导致失明、神经退行性病变和肾功能衰竭等多种疾病。糖尿病是世界上导致死亡和残疾的主要病因之一，全球约有3亿人患有糖尿病。糖尿病患者的诊断和监管需要准确监测和控制体内的血糖水平。因此，研究者们开发了大量测定血糖的方法，如分光光度法，色谱分析以及电化学方法。然而，许多方法存在预处理步骤复杂、设备成本高、人工成本高等局限性。快速、简单、可靠的血糖监测在生物技术、临床诊断等领域具有重要意义。与传统的葡萄糖检测方法相比，电化学方法具有更高的选择性和灵敏度，响应速度更快，更简单，更可靠，可提供连续实时检测等优点。因此，设计、制备性能更好的电极材料用于构筑灵敏、稳定的葡萄糖氧化酶修饰电极用于葡萄糖传感检测显得尤为重要。

二维过渡金属碳/氮化物是近年来发展迅速的新型二维层状材料之一，由于具有较高的亲水性、金属导电性、低扩散势垒、高离子运输性能、生物相容性、大表面积和易于功能化等特点，吸引了来自不同科学领域研究者的关注。该类材料包括前过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物，它们通过选择性剥离MAX相制得，在催化、清洁能源、电子、燃料电池、超级电容器等领域有大量潜在的应用价值。近期，人们发现将MXene作为电极材料可以有效地促进蛋白质和酶的氧化还原中心与电极表面间的电子传输。MXene的纳米复合材料可以在电极表面固载电活性的酶，构筑无媒介体的电化学生物传感器，不但使固载的酶能够很好地保持其自身的生物活性而且有效促进了酶与电极间的电子传输。

发明内容

本发明将聚合离子液体通过π-π相互作用、将聚合离子液体通过静电吸附作用固载到MXene材料表面，目的是得到一种兼具聚合离子液体高溶解性、良好导电性和MXene材料高比表面积特性的纳米复合材料(PILs-MXene)。该复合材料合成方法简单、在水中均有很好的稳定性，制得检测器灵敏，在使用电化学方法检测葡萄糖领域有很好的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种聚合离子液体修饰MXene纳米复合材料，制备方法包括如下步骤：将MXene分散于去离子水中，超声3-4h，形成悬浊液；向形成的悬浊液中加入聚合离子液体，超声5-6h后，10000rpm离心5min，用水洗涤除去未修饰在MXene上的聚合离子液体，所得产物在60℃下真空干燥，得聚合离子液体修饰MXene纳米复合材料。

进一步的，所述MXene通过利用氢氟酸刻蚀Ti₃AlC₂的方法制备，包括如下步骤：将质量百分浓度为40％的氢氟酸置于油浴中，缓慢加入Ti₃AlC₂并不断搅拌，在25℃下反应72h后，经3500rpm离心5min，用水洗涤至pH＝6.0，所得产物于60℃真空干燥，得目标产物MXene。

进一步的，所述聚合离子液体由1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐单体制得。

更进一步的，所述聚合离子液体的制备方法包括如下步骤：将1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐单体和偶氮二异丁腈溶于氯仿中，通入氮气，在70℃油浴下回流3h，所得产物用氯仿洗涤，真空干燥，得目标产物聚合离子液体PILs。

进一步的，所述聚合离子液体修饰MXene纳米复合材料PILs-MXene是多层片状结构。