[发明专利]一种杂原子掺杂/碳纳米纤维/碳纤维生物传感器及应用

说明书

本发明公开了一种杂原子掺杂/碳纳米纤维/碳纤维生物传感器及在生物小分子检测方面的应用；杂原子掺杂/碳纳米纤维/碳纤维为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，Pt为对电极组成标准三电极体系，制备杂原子掺杂/碳纳米纤维/碳纤维生物传感器；制备的传感器灵敏度高，抗干扰强，可对多巴胺、坏血酸和尿酸三者同时检测，高浓度抗坏血酸和尿酸对检测多巴胺不产生严重干扰。

技术领域

本发明属于生物信号分子检测技术领域，具体涉及一种杂原子掺杂/碳纳米纤维/碳纤维生物传感器及应用。

背景技术

碳纤维（CF）是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料，具有高比强度、耐超高温、耐疲劳等特性，常被用作热固性或热塑性树脂复合材料的增强体。目前，CF增强树脂基复合材料以其优异的性能，在航空航天、军事、国防等尖端领域，或汽车、电子器件、高端体育用品等民用领域都获得了非常广泛的应用。其中，CF增强热塑性复合材料凭借可回收重复利用、快速成型、抗冲击性好的优势成为近年来的研究热点。

生物传感器是一门由生物、化学、物理、医学、电子技术等多种学科相互渗透成长起来的高新技术。因其具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、在复杂体系中可进行在线连续监测，特别是它的高度自动化、微型化与集成化的特点，使其在近几十年迅速发展。生物传感器本身的特性弥补了传统检测分析的不足，从而使人们可以更加快速且灵敏的分析检测自己的目标物。因此，生物传感器在神经递质及活性生物分子离子的检测领域备受关注。但是目前使用的生物传感器仍有许多问题需要改进，如(1)稳定性：传感器表面固定化的生物材料易失活，重现性差；(2)选择性：要改善传感器表面生物材料来提高其对目标分子的亲和力，从而提高生物传感器的选择性；(3)经济性：生物传感器的制备成本较高且循环使用性差。

发明内容

本发明目的是为解决现有生物传感器稳定性差、选择性少、制备成本高的问题，而提供一种稳定性好、选择性强、成本较低、可实现测多巴胺、坏血酸和尿酸三者的同时检测、高浓度抗坏血酸和尿酸对检测多巴胺不产生严重干扰的杂原子掺杂/碳纳米纤维/碳纤维生物传感器及应用。

一种氮掺杂/碳纳米纤维/碳纤维，它是由下述方法，包括：

1）以碳纤维为基底材料，放入马弗炉中450℃煅烧0.5-2h；取出，用丙酮、乙醇、去离子水依次淋洗3-5次，干燥，放入催化剂中浸泡2-24h；取出，迅速分散均匀，干燥；

2）将干燥后的碳纤维，平铺在刚玉舟上；将刚玉舟放入管式炉的均温区，以10-500cc/min的流量通入惰性气体；在1.5-5h时间内，将温度升高至400-950℃，以10-300 cc/min的流量通入H₂，保持一段时间；以10-500 cc/min的速率通甲烷、乙炔或乙烯5 min -5 h，降温至室温，得到碳纳米纤维/碳纤维；

2）称取质量比为1-5:1-80的碳纳米纤维/碳纤维和尿素，放置管式炉的均温区，以10-500 cc/min的速率通N₂，升温至1100℃，恒温2 h；降温，至室温，得到氮掺杂/碳纳米纤维/碳纤维；

3）将氮掺杂/碳纳米纤维/碳纤维放入石英舟中，将石英舟放入等离子体仪中，以N₂为保护气体用于等离子处理后破除真空状态，通O₂、Ar，调节O₂与Ar流量比例为1:5-20，功率为80 W，处理30 s，得到等离子体处理的氮掺杂/碳纳米纤维/碳纤维；

步骤1）所述的催化剂为镍催化剂；

所述的镍催化剂为金属镍加入表面活性剂、乙醇、盐酸、去离子水、正硅酸乙酯后，搅拌均匀得到的；所述的表面活性剂为P123或F127(其摩尔质量比为1：0.022：45.53：0.085：19.91：2.13)；

步骤2）所述的通甲烷、乙炔或乙烯的时间为5~50min；