[发明专利]一种基于金属修饰多孔掺硼金刚石电极的非酶生物传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于金属修饰多孔掺硼金刚石电极的非酶生物传感器及其制备方法和应用。所述非酶生物传感器的工作电极为金属修饰多孔掺硼金刚石电极，所述金属修饰多孔掺硼金刚石电极包括硅片衬底、电极工作层；所述电极工作层设置于硅片衬底的表面，所述电极工作层为表面修饰有金属纳米颗粒的多孔掺硼金刚石层，所述多孔掺硼金刚石层的孔隙表面含有sp²相。本发明结合化学气相沉积、磁控溅射，管式气氛退火炉和电化学工作站，实现了多金属修饰多孔掺硼金刚石复合材料电极的制备，电极具有高灵敏度和稳定性的特点，分辨率高，可以广泛应用于电化学生物传感器的构建以及重金属检测等领域。

技术领域

本发明涉及一种基于金属修饰多孔掺硼金刚石电极的非酶生物传感器及其制备方法和应用，属于非酶生物传感器制备技术领域。

背景技术

生物传感器(biosensor)是用生物活性材料(酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等)与物理换能器有机结合的器械或装置，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。生物传感器的结构(组成)根据定义，包括两部分：1、生物活性材料(也叫生物敏感膜、分子识别元件)。2、物理换能器(也叫传感器)。其中本专利涉及是传感器部分，其作用是将各种生物的、化学的和物理的信息转变成电信号。生物反应过程产生的信息是多元化的，微电子和传感技术的现代成果为检测这些信息提供了丰富的手段，使得研究者在设计生物传感器时对换能器的选择有足够的回旋余地。

由于酶基传感器受限于酶生化特性，极易受到环境pH、温度和湿度等因素影响。在酶基传感器制备、包装、运输和储存环节，不可避免的会存在暴露在热变形和化学变形下的风险。从而给酶基传感器商业化带来质量控制和生产成本问题。此外，酶基传感器的固定化程度会极大影响传感器的使用性能，虽然目前已有多种酶固定化方法，包括直接吸附、溶胶凝胶包封、交联等。但对于酶基传感器固定化技术的大规模生产和商业化，简单、可重复使用的酶固定化方法仍然是目前最大的研究难点。非酶传感器相对于酶传感器，其固定化过程中简单可控，适合大规模化声场，在使用过程中具有较高的稳定性。但非酶传感器针对于不同的待检物质的催化活性不同，需要认为地对非酶传感器上修饰的敏感材料进行特定的精确化调控，以获得良好的选择性和实用性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明第一个目的在于提供一种基于金属修饰多孔掺硼金刚石电极的非酶生物传感器。

本发明的第二个目的在于提供一种基于金属修饰多孔掺硼金刚石电极的非酶生物传感器的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种基于金属修饰多孔掺硼金刚石电极的非酶生物传感器的应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种基于金属修饰多孔掺硼金刚石电极的非酶生物传感器，所述非酶生物传感器的工作电极为金属修饰多孔掺硼金刚石电极，所述金属修饰多孔掺硼金刚石电极包括硅片衬底、电极工作层；所述电极工作层设置于硅片衬底的表面，所述电极工作层为表面修饰有金属纳米颗粒的多孔掺硼金刚石层，所述多孔掺硼金刚石层的孔隙表面含有sp²相。

发明人发现，通过使多孔掺硼金刚石层的孔隙表面保留所产生的sp²相，一方面可以有利于界面电阻的降低，改善界面电荷转移，而更快的电荷转移速率意味着更高的电化学反应速率，因此可以使传感器检测灵敏度和线性范围的增加，另一方面可以增加与金属纳米颗粒的附着力，进一步提升电极的稳定性。

本发明一种基于金属修饰多孔掺硼金刚石电极的非酶生物传感器，所述多孔掺硼金刚石层厚度为5-20μm，晶粒大小为5-20μm，(111)晶面为暴露面。由于掺硼金刚石(111)晶面宏观呈现为金字塔状，控制(111)晶面为暴露面可以具有更大的比表面积和更高的本征催化活性。