[发明专利]一种自校准电流比率型pH传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种自校准比率型pH电流型传感器及其制备方法和应用，属于导电聚合物材料在生物传感中应用技术领域。本发明首先将碳纳米管通过π‑π堆积作用自组装于碳电极表面，进一步通过原位电化学技术将邻苯二胺聚合于碳纳米管修饰的碳电极表面，得到pH传感器。该传感器不仅自身表现良好的氧化还原信号，而且对pH测定具有自校准功能，测定结果准确可靠，检测范围宽，灵敏度高。更重要的是，传感器表现出良好的选择性、重复性、重现性、稳定性和可逆性，对实际样品原位pH测定具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于导电聚合物材料在生物传感中应用技术领域，涉及一种自校准电流比率型pH传感器及其制备方法和应用。

背景技术

体液、细胞和器官中的酸碱平衡与细胞增殖与凋亡、内吞作用、耐药性、离子转运和肌肉收缩等密切相关。对于哺乳动物细胞而言，由于细胞器功能不同，pH值也各不相同，从溶酶体的4.5到线粒体的8.5。细胞外pH通常为中性，约为7.2，细胞内外相互调节。然而异常的pH值可导致各种疾病的发生，特别是人们熟知的癌症，细胞外的酸化和细胞内的碱性，是一种典型的癌症特征，此外异常的pH波动也会引起其他疾病的发生，如细胞功能障碍、脑缺血中风、癫痫和神经退行性疾病等。因此，发展pH准确的测定方法具有重要意义。

pH传统的测定方法主要依赖于使用pH试纸或pH酸度计，然而pH试纸测定不准确，且对于有颜色样品容易受到干扰，pH酸度计虽然测定结果准确，但对于原位微量样品测定受限。到目前为止，发展了不同的仪器分析方法，包括核磁共振波谱法、比色法、荧光法、表面增强拉曼散射技术、电化学方法等。电化学法由于具有仪器操作简单、灵敏度高、成本低廉等优点一直是pH传感研究的热点，目前作为pH玻璃电极的替代品，大多数pH传感器采用新型材料或pH识别有机染料发展微型传感器，但其测定原理依然是电位法。循环伏安技术作为一种常用的电化学技术，由于其氧化还原信号均可在一张图谱获得，因此可以获取更多的信息，包括电流和电位，氧化和还原。目前主要两种类型：无校准型；自校准内参比型。无校准型主要依赖电极表面官能化或者引入pH灵敏性有机分子之间检测电极的氧化或还原电位与pH关系，经典的是利用醌的电化学信号。然而，该类方法经常会出现电位不稳定和/或漂移，与其他电活性物质信号重叠等影响。为了解决电位漂移引起误差，研究者将pH识别分子与pH不敏感分子一起共修饰，通过计算两者电位差与pH的关系实现pH的准确测定，但这种方法电极制备过程复杂，重现性不好。因此，后续发展合成单分子双氧化还原信号分子实现检测，但合成过程也较为复杂。而聚邻苯二胺(PoPD)是一种通过氨基取代苯胺邻位氢而合成的聚苯胺衍生物，由于具有制备简单、选择性渗透等特性，已经在分子印迹生物传感器制备中得到广泛应用。然而，基于PoPD修饰电极自身的氧化还原特性研究很少。

发明内容

针对目前微量样品及活体实时原位电化学pH准确测定面临的挑战，本发明的目的在于提供一种可自校准的电流型pH传感器。另一目的在于提供其简单快速的制备方法。

为实现本发明目的，所述传感器首先将单壁碳纳米管(SWCNT)通过π-π堆积作用自组装于碳纤维(CFME)表面，提高电化学传感的灵敏性。进一步通过原位电化学技术将邻苯二胺聚合于碳纳米管修饰的碳纤维电极表面，得到pH检测微电极。本发明所述自校准电流比率型pH传感器具体通过如下方法制备而成：

(1)以碳电极作为基底；

(2)将碳纳米材料自组装于碳电极表面；

(3)通过原位电化学循环伏安法电聚合将邻苯二胺修饰于(2)表面，制得所述的pH传感器；

所述碳电极为玻碳电极、碳糊电极或丝网印刷电极或碳纤维电极；优选碳纤维电极，碳纤维的直径7μm，尖端露出长度为0.1～1mm，优选0.5mm。

所述碳纳米材料为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、羧基化碳纳米管，氨基化碳纳米管、氧化石墨烯或石墨烯。优选单壁碳纳米管，浓度为0.5mg mL^-1。