[发明专利]一种乙醇生物传感电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种乙醇生物传感电极及其制备方法和应用。本申请中，乙醇生物传感电极的制备方法，包括以下步骤：S1基于三维金纳米阵列修饰的导电基底的制备；S2普鲁士蓝/三维金纳米花阵列修饰的导电基底的制备；S4乙醇生物传感电极的制备。本申请制备的乙醇生物传感电极能够进行原位检测，且时效性好、抗干扰能力强。

技术领域

本发明属于发酵过程检测技术领域，涉及一种乙醇生物传感电极及其制备方法和应用。

背景技术

乙醇是重要的工业原料，广泛的应用于食品、医药和化工生产等领域。同时近年来乙醇逐步被开发为清洁燃料；发酵是生产乙醇的最主要方法，但是国内发酵生产乙醇普遍采用“粗放式”的生产模式，对发酵过程的认识处于“黑箱”状态，生产依赖操作者的经验。事实上，乙醇发酵过程，是典型的产物抑制型发酵反应，因此对反应过程中的乙醇进行实时和全浓度分析可以精确控制微生物的代谢。因此，乙醇浓度是发酵过程中重要的过程参数，直接影响着发酵过程的控制、优化及发酵产物的质量、产量等。此外，现有技术中商业乙醇检测技术，常用的乙醇检测方法有气相色谱法、高效液相色谱法、折光法、近红外光谱法、紫外-分光光度法等，该上述乙醇检测方法在实施时，待测液通常需要做一些预处理，而且对检测人员操作技能也有较高的要求，此外，通常使用到的检测设备也较为昂贵，检测过程耗时也较长，无法满足对发酵液的直接检测需求。为了对发酵过程进行有效地优化控制，迫切需要对乙醇浓度参数进行实时检测。新型电化学生物传感器的研制也成了研发人员重点关注的乙醇在线检测的关键技术之一，但是，由于生物质存在的检测体系往往成分复杂，干扰物质较多，很容易造成传感器的失灵或失准，因此，很少有适用于对生物质中乙醇进行检测的生物传感器。而且生物传感器的核心是传感电极，因此，能够开发出能够进行原位检测，且时效性好、抗干扰能力强的传感电极尤为重要。

发明内容

本发明针对目前生物质中乙醇诊断过程中存在的时效性差、抗干扰能力强差、非原位检测等问题，提出一种新型的乙醇快速检测的生物传感器及其制备方法以及其应用。

为了达到上述目的，本发明是采用下述的技术方案实现的：

一种乙醇生物传感电极的制备方法，包括以下步骤：

S1基于三维金纳米阵列修饰的导电基底的制备：

1-1)由氯金酸、络合剂和溶剂制备酸性的电沉积液；

1-2)将固定于三电极体系上的导电基底浸泡在电沉积液中，进行恒电位电沉积，而后，取出导电基底并冲洗，恒温干燥后，得到基于三维金纳米阵列修饰的导电基底；

S2普鲁士蓝/三维金纳米花阵列修饰的导电基底的制备：

2-1)由过渡金属盐溶液、表面活性剂和过渡金属氰化钾反应液制备普鲁士蓝反应溶液；

2-2)将固定于三电极体系上的三维金纳米阵列修饰的导电基底浸泡在普鲁士蓝反应溶液中，而后进行循环伏安法电沉积，而后，取出导电基底并冲洗，恒温干燥，获得基于普鲁士蓝/三维金纳米花阵列修饰的导电基底；

S3基于普鲁士蓝/三维金纳米花阵列/L-半胱氨酸修饰的导电基底的制备：

将基于普鲁士蓝/三维金纳米花阵列修饰的导电基底浸泡在L-半胱氨酸溶液中，一段时间后取出晾干，得基于普鲁士蓝/三维金纳米花阵列/L-半胱氨酸修饰的导电基底；

S4乙醇生物传感电极的制备：

将乙醇氧化酶溶液通过交联法或者包埋法固定于基于普鲁士蓝/三维金纳米花阵列/L-半胱氨酸修饰的导电基底上，低温干燥，得表面具有乙醇氧化酶的导电基底即乙醇生物传感电极。

优选地，步骤1-1)中，所述电沉积液中氯金酸的浓度为5-20mM；络合剂的浓度为50-500mM；所述电沉积液PH值为1-5。

优选地，步骤1-1)中，所述络合剂为氯化铵、高氯酸和硫酸中的一种。