[发明专利]基于Ni-MOFs复合材料的无酶电化学尿素传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明提供基于Ni‑MOFs复合材料的无酶电化学尿素传感器及其制备方法和应用，由参比电极，对电极和修饰后的工作电极组成，修饰后的工作电极包括工作电极和固化在工作电极表面的活性催化材料组成，其中，参比电极采用Ag/AgCl参比电极，对电极采用铂丝电极，工作电极采用金电极，活性催化材料为Ni‑MOFs复合材料。本发明制备得到的传感器具有优异的性能，包括较高的灵敏度，较快的响应速度，较宽的检测范围以及良好的抗干扰性能。

技术领域

本发明涉及电化学生物传感器技术领域，更具体地说涉及一种基于Ni-MOFs复合材料的无酶电化学尿素传感器及其制备方法和应用。

背景技术

尿素由肝脏产生，然后融入血液，最后通过肾脏由尿排出，少量尿素也通过汗液排出。人体中尿素水平的异常通常与心脏代谢紊乱，慢性肾病以及肾功能衰竭等多种疾病有关，所以检测尿素水平在评估各种代谢紊乱中起着至关重要的作用；另外，一些商家在牛奶和饲料中掺入尿素以提高蛋白质的检测含量，但人体中尿素过多也会因超出人体吸收能力而对人的肝、肾、肺泡造成危害，因此，尿素的检测在食品科学中也具有重要意义；此外，尿素也是一种高浓度氮肥，被用于农业领域，蔬菜的农药残留也与尿素检测有关；为防止商家为了降低成本而减小更换泳池水的频率，从而对顾客身体造成伤害，泳池水中的尿素含量检测也具有重要的应用前景。

尿素的检测方法包括比色法，光谱法，色谱法等，以上各种方法都有各自的优点，但是无法实现尿素的连续快速检测，因此，具有快速响应，高灵敏度的电化学生物传感器已经被被广泛研究并得到了迅速发展。

电化学传感器通过在电极上修饰材料作为识别原件，将识别原件与尿素反应产生的信号转化为数字电信号，从而根据信号强度计算尿素的浓度。根据不同识别原件，即不同的催化原理，电化学尿素传感器可分为酶基电化学尿素传感器，无酶电化学尿素传感器。

酶基尿素电化学传感器是利用脲酶与尿素的特异性电化学反应，并将其转换成电信号来检测尿素浓度。酶基电化学尿素传感器优点是特异性好，灵敏度高，但酶价格高，固定过程复杂，且由于酶的生物学本质属性，其稳定性差的主要缺点仍然难以克服；此外，酶的工作条件有限，重金属离子，磁性纳米颗粒和热都能使其失活，阻止了酶传感器的应用。

无酶尿素电化学传感器催化原理为尿素在合适的电极上发生氧化/还原反应，催化材料对尿素产生电催化氧化，从而使氧化电流增大，所检测的氧化峰电流大小与尿素浓度存在线性关系。电流型电化学尿素传感器，是在固定电位下，改变尿素浓度，测量电流，得到电流与尿素浓度的函数关系，从而根据电流大小计算未知的尿素浓度。

无酶电化学尿素传感器成本低，制备过程简单，重复性和稳定性好。无酶电化学尿素传感器的研究主要集中在提高其灵敏度和选择性两个方面。通过制备催化性能更好的催化材料，如金属纳米材料，复合纳米材料等，提高催化材料比表面积等研究，灵敏度已经有了较大提高。另一方面，虽然通过调控尿素传感器的工作电位，多巴胺，葡萄糖，抗坏血酸等生物分子的干扰已经降低，但与酶基尿素传感器的特异性催化相比，无酶尿素传感器的选择性仍然存在不足。

现有的镍基无酶尿素传感器的研究已经很广泛，但是还存在以下问题：构建的尿素传感器灵敏度不够高；传感器制备过程复杂，实验条件苛刻，不易于产业化工业生产。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种基于Ni-MOFs复合材料的无酶电化学尿素传感器及其制备方法和应用，该传感器具有优异的灵敏度和检测范围，响应速度及抗干扰性能好的特点。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

基于Ni-MOFs复合材料的无酶电化学尿素传感器及其制备方法，由参比电极，对电极和修饰后的工作电极组成，修饰后的工作电极包括工作电极和固化在工作电极表面的活性催化材料组成，其中，参比电极采用Ag/AgCl参比电极，对电极采用铂丝电极，工作电极采用金电极，活性催化材料为Ni-MOFs复合材料，修饰后的工作电极按照下述步骤进行：