[发明专利]石墨烯‑类水滑石片‑石墨相氮化碳复合材料固定蛋白修饰电极及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种石墨烯(GR)‑类水滑石片(LDH)‑石墨相氮化碳(g‑C3N4)复合材料固定蛋白修饰电极及其制备方法和应用。先将剥离类水滑石片与带负电的剥离氧化石墨烯纳米片复合，再与三聚氰胺混合焙烧后加水复原，制备GR‑LDH‑g‑C3N4杂化物；采用滴涂法将GR‑LDH‑g‑C3N4与Hb的混合液滴在离子液体修饰碳糊电极上，制备了GR‑LDH‑g‑C3N4复合材料固定蛋白修饰电极。本发明充分发挥了凝胶法与整合合并分层法的优势，增大了杂化材料的比表面积，导电性与生物相容性，抑制了GR片层的重新堆叠；焙烧法将g‑C3N4生长在GR片层表面，再次增大了杂化材料的比表面积，提高了电化学反应过程的电子传递速率。构筑的基于CTS/GR‑LDH‑g‑C3N4‑Hb复合膜的第三代三氯乙酸传感器，具有检测限低，检测范围宽和米氏常数小等优点。

主权项

一种石墨烯‑类水滑石片‑石墨相氮化碳复合材料固定蛋白修饰电极，其特征在于它包括基底电极层和石墨烯‑类水滑石片‑石墨相氮化碳复合材料固定蛋白层；所述石墨烯‑类水滑石片‑石墨相氮化碳复合材料是综合利用凝胶法和整合合并分层法将剥离类水滑石片与剥离氧化石墨烯片复合，与三聚氰胺混合焙烧后加水还原后制得；蛋白质溶液与石墨烯‑类水滑石片‑石墨相氮化碳溶液混合形成复合蛋白层；其中石墨烯记为GR，类水滑石片记为ELDH，石墨相氮化碳记为g‑C3N4；所述石墨烯‑类水滑石片‑石墨相氮化碳复合材料固定蛋白修饰电极，所述类水滑石片为钴铝型；所述蛋白质为牛血红蛋白，记为Hb；所述基底电极为离子液体修饰碳糊电极，记为CILE；所述石墨烯‑类水滑石片‑石墨相氮化碳复合材料固定蛋白修饰电极的制备方法，包括以下具体步骤：(a) ELDH的制备将二价金属盐CoCl2·6H2O、三价金属盐AlCl3·6H2O和尿素按一定摩尔比加入到装有一定体积去离子水的圆底烧瓶中，总金属离子浓度为0.15 mol/L，60~98℃搅拌回流10~36小时，反应完毕后抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤3~5次，室温下干燥48小时，得到碳酸根插层的LDH；称取一定量碳酸根插层的LDH，将其分散于浓度分别为1mol/L的NaCl和3.3mmol/L的HCl混合水溶液中，N2气氛下搅拌12小时，抽滤后室温干燥12小时，得到氯离子插层的LDH；称取一定量氯离子插层的LDH，将其分散于浓度为0.1mol/L的NaNO3的水溶液中，N2气氛下搅拌12小时，抽滤后室温干燥12小时，得到硝酸根插层的LDH；称取一定量硝酸根插层的LDH分散于甲酰胺中，使其浓度为1 mg/mL，N2气氛下搅拌24小时，将该混合液在2000 rpm条件下离心10 min，弃去沉淀以除去未剥离的产物，得到的澄清液即为剥离产物ELDH胶体；(b) GR‑ELDH水凝胶的制备采用hummer法制备氧化石墨烯，记为GO，并将一定量的GO分散于甲酰胺中，使其浓度为1mg/mL，超声分散1小时，3000 rpm离心10 min除去未剥离的GO，得到剥离的GO分散液；将该GO分散液与(a)中所得等体积的ELDH胶体溶液充分混合，室温密闭条件下搅拌12小时，5000 rpm离心10 min后，所得棕黑色沉淀重新分散于去离子水中，使其含GO的浓度为6 mg/mL；取一定量该混合溶液封入25 mL反应釜中，160 ℃下反应6 小时后自然冷却至室温，得到GR‑ELDH水凝胶，冻干保存；(c) GR‑LDH‑g‑C3N4复合材料的制备称取50 mg (b)中所得GR‑ELDH凝胶与一定量三聚氰胺充分混合，氮气气氛下于600 ℃下焙烧3 h，反应完毕后将产物分散到水中，得到GR‑LDH‑g‑C3N4复合材料；(d) CILE的制备将石墨粉与离子液体BPPF6以2:1的质量比加入研钵中，加热到80℃条件下均匀混合，向该粉末状混合物中滴加1 mL液体石蜡作为粘合剂，再将混合物充分研磨好后填入玻璃管中，管内插入铜丝作为导线，将玻璃管中的固体混合物压实，得到CILE，使用前将该电极表面打磨光滑；(e) GR‑ELDH复合材料固定蛋白修饰电极的制备将步骤(c)中得到的GR‑LDH‑g‑C3N4复合材料用去离子水配制成浓度为0.5 mg/mL的浆状液并与浓度为10 mg/mL的Hb充分混合；取16 μL该混合溶液滴涂在步骤(d)中所得的CILE表面，自然晾干后再在电极上滴涂6 μL浓度为1.0 mg/mL的壳聚糖醋酸CTS溶液，自然干燥后得到CTS/GR‑LDH‑g‑C3N4‑Hb/CILE生物修饰电极。