CN103424449B - 二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯复合材料及其制备方法，包括如下步骤：将二茂铁接枝壳聚糖，碳纳米管和酶溶解于醋酸缓冲液中，以三维石墨烯为阴极，进行电沉积将二茂铁接枝壳聚糖，碳纳米管和酶形成的复合膜沉积在三维石墨烯表面，即得。本发明的复合材料可将三维石墨烯作为无支载的基础电极，以二茂铁作为电化学活性组分，构筑基于三维石墨烯的酶生物传感器，成功克服了传统的酶生物传感器需要添加溶液相电子转移介体或小分子媒介体易从电极表面流失的缺点。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种电沉积二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯材料的制备方法及由该方法得到的复合材料。
背景技术
石墨烯(graphene)是一种新型碳材料，它具有由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状晶体结构。石墨烯因其独特的物理与化学性质，目前已引起研究者们的广泛关注。除二维石墨烯材料外，2004年科学家采用兼具平面和曲面结构特点的泡沫金属作为生长基体，利用CVD方法制备出具有三维连通网络结构的泡沫状石墨烯体材料。该法制得的三维石墨烯材料以无缝连接的方式构成一个全连通的整体，具有优异的电荷传导能力、巨大的比表面积、孔隙率和极低密度，在超电容、氢储存材料、二次电池和新型催化等领域具有潜在应用价值。进一步拓展三维石墨烯材料在传感与分析中的应用，三维石墨烯的改性及其与功能性材料的复合至关重要。
三维石墨烯具有丰富的孔结构特征，其比表面积高，孔壁孔腔高度联通，为基体材料提供可复合填充的空间。例如，公开号为CN102875805A的中国发明专利申请公开了一种三维石墨烯-聚多巴胺-金纳米粒子复合材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将多巴胺溶于pH7～9的缓冲液中，制得多巴胺溶液；(2)将三维石墨烯浸入多巴胺溶液中对三维石墨烯进行改性修饰，制得聚多巴胺修饰三维石墨烯；(3)将聚多巴胺修饰三维石墨烯加入到四氯金酸溶液中，反应完全后，制得三维石墨烯-聚多巴胺-金纳米粒子复合材料。该方法修饰后的三维石墨烯-聚多巴胺-金纳米粒子复合材料兼具石墨烯、聚多巴胺、金纳米粒子的优点，导电率高、生物相容性好、易于衍生化，可用于制备识别互补DNA链的DNA电化学传感器。
碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆 管。单层石墨烯片构成的称为单壁碳纳米管，两层及以上的称为多壁碳纳米管。其中每个碳原子主要通过sp2杂化与周围三个碳原子发生完全键合，管的两端各有一个有富勒烯球体分子形成的帽子。碳纳米管因其比表面积高、独一无二的结构以及化学稳定性好等优点，常作为电极构筑基材修饰在电极表面，大大提高酶的固定量，增强电极的分析性能。
二茂铁是一种具有夹心型结构和芳香性的高度富电子体系，具有稳定性好，反应活性高，较易进行结构修饰等特殊的化学性质，尤其是将二茂铁引入各种结构的分子中而得到的衍生物，由于其具有独特的电化学和光学特性，已被广泛应用于化学修饰电极。二茂铁及衍生物修饰电极的特征是膜中有氧化还原中心，在电位扫描过程中能发生氧化或还原反应，还能对反应物活化或促进电子的转移速率，因此可作为优良的电子媒介体被广泛应用于第二代生物传感器中。
壳聚糖是天然类多糖甲壳素经部分脱乙酰化后得到的直链大分子生物多糖，化学名为聚(1，4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖。壳聚糖来源丰富，是环境可再生资源，具有良好的生物相容性。将壳聚糖用于酶固定化的研究非常活跃。壳聚糖分子中大量的活性氨基可在酸性环境下质子化，使壳聚糖溶于酸性溶液。当溶液pH值高于壳聚糖的pKa时，氨基去质子化后，壳聚糖变为不溶状态。在壳聚糖溶液中插入电极，接通电源时，溶液中的氢离子在阴极被还原成氢气。与此同时，阴极表面pH值逐渐增加，并在溶液中形成一定的pH梯度。由于壳聚糖的溶解性与溶液酸度有关，当电极附近溶液pH值高于壳聚糖pKa时，壳聚糖变为不溶状态并沉积在阴极表面。此法制备壳聚糖膜条件温和，膜厚度可控。
发明内容
本发明提供了一种二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯复合材料及其制备方法，复合材料可将三维石墨烯作为无支载的基础电极，以二茂铁作为电化学活性组分，构筑基于三维石墨烯的酶生物传感器，成功克服了传统的酶生物传感器需要添加溶液相电子转移介体或小分子媒介体易从电极表面流失的缺点。
一种二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将二茂铁接枝壳聚糖，碳纳米管和酶溶解于醋酸缓冲液中，以三维石墨烯为阴极，进行电沉积，二茂铁接枝壳聚糖，碳纳米管和酶形成复合膜并沉积在三维石墨烯表面，即得二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯复合材料。
将二茂铁接枝壳聚糖与电子传递促进剂碳纳米管以及酶相结合，即在二茂铁接枝壳聚糖溶液中加入碳纳米管和酶，可在三维石墨烯表面电沉积得到二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜，制得复合材料。该复合材料可将三维石墨烯作为无支载的基础电极，以二茂铁作为电化学活性组分，构筑基于三维石墨烯的酶生物传感器，在电化学传感检测等领域有潜在应用价值。
所述电沉积过程为：
将二茂铁接枝壳聚糖溶于醋酸缓冲液，再加入碳纳米管，超声分散，最后加入酶，再次超声分散后将三维石墨烯作为阴极，-1.0～-3.0V条件下电沉积1.0-20min。
所述电沉积过程在室温下进行。
二茂铁接枝壳聚糖、碳纳米管和酶的用量会影响复合膜的沉积量和性能，作为优选，所述二茂铁接枝壳聚糖、碳纳米管和酶的质量比为0.1-10：0.02-2：0.01-10，所述二茂铁接枝壳聚糖溶于醋酸缓冲液后的浓度为0.1-10mg/mL。
所述醋酸缓冲液的浓度为0.02-0.2mol/L，pH值为4.8～5.2。
所述二茂铁接枝壳聚糖由如下方法制备：
（1）将二茂铁甲醛溶于甲醇溶液中，得到浓度为0.1-5mg/mL的二茂铁甲醛溶液；将壳聚糖溶于浓度为0.5-5.0%的乙酸或盐酸溶液中，得到质量百分数为0.1-4%的壳聚糖溶液；
（2）将所述壳聚糖溶液加入二茂铁甲醛溶液中，搅拌反应1.5～2.5h，然后加入硼氢化钠，继续搅拌反应20～28h后加入氢氧化钠溶液至黄色沉淀完全，将所得黄色沉淀洗涤、干燥后得所述二茂铁接枝壳聚糖。
所述硼氢化钠与二茂铁甲醛的质量比为2:1～5:1。
所述氢氧化钠溶液的质量百分浓度为0.1%-10%。
所述洗涤用蒸馏水和甲醇交替离心洗涤。
所述酶为葡萄糖氧化酶、过氧化物酶、乳酸氧化酶、胆固醇氧化酶、 酪胺酸氧化酶、醇氧化酶、醇脱氢酶、漆酶、胆碱脂酶、胆碱氧化酶、胆红素氧化酶、脂肪酶和多酚氧化酶中的至少一种。
本发明还提供了一种如所述制备方法制备得得到的二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯复合材料。
该复合膜修饰三维石墨烯材料可将三维石墨烯作为无支载的基础电极，以二茂铁作为电化学活性组分，以酶为活性酶，在电化学传感检测等领域具有潜在的应用价值。如以葡萄糖氧化酶为例，二茂铁可作为电子媒介体，葡萄糖氧化酶作为活性酶电催化氧化葡萄糖。
检测机理如下：
葡萄糖氧化酶(氧化态)+葡萄糖→葡萄糖酸内酯+葡萄糖氧化酶(还原态)
葡萄糖氧化酶(还原态)+二茂铁(氧化态)→葡萄糖氧化酶(氧化态)+二茂铁(还原态)
二茂铁(还原态)-2e→二茂铁(氧化态)
即葡萄糖氧化酶(氧化态)与葡萄糖作用生成葡萄糖氧化酶(还原态)和葡萄糖酸内脂，葡萄糖氧化酶(还原态)与二茂铁(氧化态)作用生成葡萄糖氧化酶(氧化态)和二茂铁(还原态)，然后二茂铁(还原态)在电极表面氧化生成二茂铁(氧化态)。因此，二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-葡萄糖氧化酶复合膜修饰三维石墨烯材料可直接应用于无试剂型检测葡萄糖。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)CVD法制备的三维大孔石墨烯材料集成了独特的三维网状形貌特征和石墨烯独特的物理化学性质，不仅具有极低的密度、极高的孔隙率和高比表面积，还具有石墨烯优异的电学、热学、力学性能，拓展了石墨烯在超级电容器、电池材料和分析传感中的应用空间。尤为值得关注的是，三维石墨烯材料可作为无支载的电极使用。然而，三维石墨烯材料由于表面疏水，无可衍生化的官能团很难进行实际应用，本发明在三维石墨烯表面电沉积二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜构建功能性复合材料，拓展了三维石墨烯材料在生物传感与分析中的应用。
(2)壳聚糖具有良好的生物相容性、成膜性和化学、机械稳定性等特点，分子内含有大量的功能性基团氨基和羟基，将电子媒介体二茂铁接枝到壳聚糖上，合成二茂铁接枝壳聚糖高分子氧化还原复合物，不仅赋予壳 聚糖氧化还原电活性，还大大改善了二茂铁的生物相容性，然而壳聚糖导电性能差，引入具有独特金属或半导体导电性、良好的吸附能力的碳纳米管增强壳聚糖膜的导电性。因此，本发明制备的复合材料为酶的固定提供了良好的微环境，有利于酶在电极表面的稳定负载，且有效地建立了酶与电极之间的电子传递。
(3)本发明制备的二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯材料，通过一步电沉积法成功实现，制备方法简单、成膜性能好、过程可控。电化学沉积是一种工艺成本低、设备投资少、原理利用率高及易于实现自动化的方法，该方法受电极尺寸和形状限制小、没有溶胶凝胶法繁杂的后续过程。通过控制沉积电位，调节壳聚糖沉积液中添加的生物功能分子和电子介导材料，还可以制备厚度、成分、界面密度可调的多层膜，获得独特性能的纳米生物功能界面。
(4)本发明制备的二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯材料可直接应用于无试剂型电化学检测中，将酶与电子传递媒介体-二茂铁共同固定在三维石墨烯电极表面，通过二茂铁介导的酶与电极间的电子传递实现生物传感，成功克服了传统的酶生物传感器需要添加溶液相电子转移介体或小分子媒介体易从电极表面流失的缺点。
附图说明
图1为本发明的制备过程示意图。
图2为本发明实施例1中三维石墨烯的扫描电镜图。
图3为本发明实施例1中三维石墨烯-二茂铁接枝壳聚糖-单壁碳纳米管-葡萄糖氧化酶复合材料的扫描电镜图。
图4为本发明实例1中二茂铁接枝壳聚糖-葡萄糖氧化酶复合膜修饰三维石墨烯(a)和二茂铁接枝壳聚糖-单壁碳纳米管-葡萄糖氧化酶复合膜修饰三维石墨烯(b)在0.05mol/L磷酸缓冲液(pH为7.0)中的循环伏安图。扫数为100mV/s。
图5为本发明实施例1中三维石墨烯(a)和二茂铁接枝壳聚糖-单壁碳纳米管-葡萄糖氧化酶复合膜修饰三维石墨烯(b)在0.05mol/L磷酸缓冲液(pH为7.0)中的循环伏安图。扫数为100mV/s。
图6为本发明实施例1中二茂铁接枝壳聚糖-单壁碳纳米管-葡萄糖氧 化酶复合膜修饰三维石墨烯材料在不同扫数下循环伏安图。电化学支持液为0.05mol/L磷酸缓冲液(pH为7.0)。扫数分别为40、60、80、100、120、140、160、180、200mV/s。内插图为峰电流与扫数平方根的线性关系。
图7为本发明实施例1中二茂铁接枝壳聚糖-单壁碳纳米管-葡萄糖氧化酶复合膜修饰三维石墨烯材料进行50段扫描的循环伏安图。电化学支持液为0.05mol/L磷酸缓冲液(pH为7.0)。扫数为100mV/s。
图8为本发明实施例1中二茂铁接枝壳聚糖-单壁碳纳米管-葡萄糖氧化酶复合膜修饰三维石墨烯材料在0.05mol/L磷酸缓冲液(pH为7.0)中(a)，0.05mol/L磷酸缓冲液(pH为7.0)+25mmol/L葡萄糖(b)、0.05mol/L磷酸缓冲液(pH为6.0)+40mmol/L葡萄糖(c)中的循环伏安图。扫数为100mV/s。
具体实施方式
电沉积二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备二茂铁接枝壳聚糖复合物：二茂铁接枝壳聚糖的制备步骤和条件为：
将壳聚糖溶于乙酸或盐酸溶液中磁力搅拌30min后冷却至室温，再将二茂铁甲醛溶于甲醇溶液中，然后向二茂铁甲醛溶液中逐滴加入壳聚糖溶液，磁力搅拌2h后加入硼氢化钠，再磁力搅拌24h后，加入氢氧化钠至黄色沉淀完全。将所得沉淀用蒸馏水、甲醇交替离心洗涤，60℃减压干燥后得到二茂铁接枝壳聚糖固体。
其中，二茂铁甲醛溶液浓度为0.1-5mg/mL，壳聚糖溶液质量浓度为0.1%-4%，由壳聚糖溶于0.5%-5.0%的乙酸或盐酸溶液制得，硼氢化钠的质量为50-250mg，氢氧化钠溶液的浓度为0.1%-10%。二茂铁接枝壳聚糖溶液的浓度为0.1-10mg/mL，由二茂铁接枝壳聚糖溶于0.02-0.2mol/L的醋酸缓冲液制得，醋酸缓冲液的pH为5.0。
（2）将二茂铁接枝壳聚糖、碳纳米管、酶混匀后，通过电沉积法将其沉积到三维石墨烯表面，制得二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯材料。
电沉积二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯材料的制备步骤和条件为：
将二茂铁接枝壳聚糖溶于醋酸缓冲液，加入碳纳米管和酶后，超声10min后得到二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合溶液；以三维石墨烯作为阴极，电沉积得到二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯材料。
碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，浓度为0.02-2mg/mL。
酶为葡萄糖氧化酶、过氧化物酶、乳酸氧化酶、胆固醇氧化酶、酪胺酸氧化酶、醇氧化酶、醇脱氢酶、漆酶、胆碱脂酶、胆碱氧化酶、胆红素氧化酶、脂肪酶、多酚氧化酶等中的一种或多种，浓度为0.01-10mg/mL。
电沉积电位范围为-1.0～-3.0V，沉积时间为1.0-20min。
二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯材料的制备反应示意图如图1所示。
首先，利用二茂铁甲醛上的醛基与壳聚糖上的氨基发生Schiff碱反应通过NaBH4还原合成二茂铁接枝壳聚糖；然后，将二茂铁接枝壳聚糖与碳纳米管、酶混合均匀后，一步电沉积至三维石墨烯表面，成功构建二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯复合材料。
为使本领域技术人员进一步理解本发明，下面结合实施例及附图进一步说明本发明。实施例中物质均可通过商购获得。
实施例1
(1)二茂铁接枝壳聚糖的制备步骤和条件为：
将二茂铁甲醛和壳聚糖分别溶于甲醇溶液和0.5%乙酸溶液中，二茂铁甲醛浓度为3mg/mL，壳聚糖溶液质量浓度为0.5%。在二茂铁甲醛溶液中逐滴加入上述壳聚糖溶液，磁力搅拌2h后，以硼氢化钠与二茂铁甲醛的质量比为3:1加入硼氢化钠，再磁力搅拌24h。加入5%氢氧化钠溶液至黄色沉淀完全。将所得沉淀用蒸馏水、甲醇交替离心洗涤，60℃减压干燥后得到二茂铁接枝壳聚糖固体。
(2)电沉积二茂铁接枝壳聚糖-单壁碳纳米管-葡萄糖氧化酶复合膜修饰三维石墨烯材料的制备步骤和条件为：
将二茂铁接枝壳聚糖溶于0.2mol/L醋酸缓冲液，醋酸缓冲液的pH为5.0，二茂铁接枝壳聚糖溶液浓度为5mg/mL。加入1mg/mL单壁碳纳米管后，超声10min后，加入4mg/mL葡萄糖氧化酶，再超声10min。 将三维石墨烯作为阴极，在-1.5V电位下电沉积2min，即得到二茂铁接枝壳聚糖-单壁碳纳米管-葡萄糖氧化酶复合膜修饰三维石墨烯材料。
随后，对经步骤(1)～(2)制备的二茂铁接枝壳聚糖-单壁碳纳米管-葡萄糖氧化酶复合膜修饰三维石墨烯材料进行电化学测试、电镜扫描等操作，得到的测试分析结果如图2～8所示。
图2所示的三维石墨烯的扫描电镜图，表明三维石墨烯为一个全连通的整体，富含大孔与介孔结构，高倍数扫描电镜图表明了石墨烯结构。
图3所示二茂铁接枝壳聚糖-单壁碳纳米管-葡萄糖氧化酶复合膜修饰三维石墨烯材料的扫描电镜图，表明沉积修饰层具有开放的三维结构。
图4为二茂铁接枝壳聚糖-葡萄糖氧化酶复合膜修饰三维石墨烯(a)和二茂铁接枝壳聚糖-单壁碳纳米管-葡萄糖氧化酶复合膜修饰三维石墨烯(b)在0.05mol/L磷酸缓冲液(pH为7.0)中的循环伏安图，表明二茂铁接枝壳聚糖-葡萄糖氧化酶复合膜修饰三维石墨烯和二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-葡萄糖氧化酶复合膜修饰三维石墨烯具有类似的电化学信号，氧化还原峰电位一致，但加入单壁碳纳米管致电流增大，这是由于单壁碳纳米管作为“导线”增强了沉积膜的导电性。
图5所示的循环伏安表征中，三维石墨烯在0.05mol/L磷酸缓冲液(pH为7.0)中没有氧化还原峰，但二茂铁接枝壳聚糖-单壁碳纳米管-葡萄糖氧化酶复合膜修饰三维石墨烯材料显示出很好的氧化还原峰，表明二茂铁已经成功修饰在三维石墨烯表面。
图6所示二茂铁接枝壳聚糖-单壁碳纳米管-葡萄糖氧化酶复合膜修饰三维石墨烯材料在不同扫数下的循环伏安图，峰电流与扫数的平方根具有线性关系，证明了二茂铁在三维石墨烯上的修饰。
图7所示二茂铁接枝壳聚糖-单壁碳纳米管-葡萄糖氧化酶复合膜修饰三维石墨烯材料在进行50段扫描的循环伏安图，证明了复合膜修饰三维石墨烯的稳定性。
图8所示二茂铁接枝壳聚糖-单壁碳纳米管-葡萄糖氧化酶复合膜修饰三维石墨烯材料在磷酸缓冲液中，以及加入葡萄糖后的循环伏安图，可以看到加入葡萄糖后，氧化峰增大，还原峰减小，有效证明了基于葡萄糖氧化酶的催化性能、二茂铁介导的电化学过程。
以上结果分析结果证明了二茂铁接枝壳聚糖、碳纳米管、酶在三维石 墨烯上的有效制备，稳定性好并具有良好的电化学性能和电催化性能。
实施例2
(1)二茂铁接枝壳聚糖的制备步骤和条件为：
将二茂铁甲醛和壳聚糖分别溶于甲醇溶液和5%乙酸溶液中，二茂铁甲醛浓度为5mg/mL，壳聚糖溶液质量浓度为5%。在二茂铁甲醛溶液中逐滴加入上述壳聚糖溶液，磁力搅拌2h后，以硼氢化钠与二茂铁甲醛的质量比为5:1加入硼氢化钠，再磁力搅拌24h。加入10%氢氧化钠溶液至黄色沉淀完全。将所得沉淀用蒸馏水、甲醇交替离心洗涤，60℃减压干燥后得到二茂铁接枝壳聚糖固体。
(2)电沉积二茂铁接枝壳聚糖-单壁碳纳米管-过氧化氢酶复合膜修饰三维石墨烯材料的制备步骤和条件为：
将二茂铁接枝壳聚糖溶于0.2mol/L醋酸缓冲液，醋酸缓冲液的pH为5.0，二茂铁接枝壳聚糖溶液浓度为10mg/mL。加入2mg/mL单壁碳纳米管后，超声10min后，加入10mg/mL过氧化氢酶，再超声10min。将三维石墨烯作为阴极，在-3.0V电位下电沉积1min，即得到二茂铁接枝壳聚糖-单壁碳纳米管-过氧化氢酶复合膜修饰三维石墨烯材料。
经测试证明，实施例2制备的二茂铁接枝壳聚糖-单壁碳纳米管-过氧化氢酶复合膜修饰三维石墨烯材料同样具有良好的电化学活性、电催化性能。
实施例3
(1)二茂铁接枝壳聚糖的制备步骤和条件为：
将二茂铁甲醛和壳聚糖分别溶于甲醇溶液和0.5%乙酸溶液中，二茂铁甲醛浓度为0.1mg/mL，壳聚糖溶液质量浓度为0.5%。在二茂铁甲醛溶液中逐滴加入上述壳聚糖溶液，磁力搅拌2h后，以硼氢化钠与二茂铁甲醛的质量比为2:1加入硼氢化钠，再磁力搅拌24h。加入0.1%氢氧化钠溶液至黄色沉淀完全。将所得沉淀用蒸馏水、甲醇交替离心洗涤，60℃减压干燥后得到二茂铁接枝壳聚糖固体。
(2)电沉积二茂铁接枝壳聚糖-多壁碳纳米管-辣根过氧化物酶复合膜修饰三维石墨烯材料的制备步骤和条件为：
将二茂铁接枝壳聚糖溶于0.02mol/L醋酸缓冲液，醋酸缓冲液的pH为5.0，二茂铁接枝壳聚糖溶液浓度为0.1mg/mL。加入0.02mg/mL多壁碳纳米管后，超声10min后，加入0.01mg/mL辣根过氧化物酶，再超声10min。将三维石墨烯作为阴极，在-1.0V电位下电沉积10min，即得到二茂铁接枝壳聚糖-多壁碳纳米管-辣根过氧化物酶复合膜修饰三维石墨烯材料。
经测试证明，实施例3制备的二茂铁接枝壳聚糖-多壁碳纳米管-辣根过氧化物酶复合膜修饰三维石墨烯材料同样具有良好的电化学活性、电催化性能。
Claims (8)
1.一种二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将二茂铁接枝壳聚糖，碳纳米管和酶溶解于醋酸缓冲液中，将三维石墨烯作为阴极，进行电沉积，二茂铁接枝壳聚糖、碳纳米管和酶形成复合膜并沉积在三维石墨烯表面，即得二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯复合材料；
所述电沉积为：将二茂铁接枝壳聚糖溶于醋酸缓冲液，再加入碳纳米管，超声分散，最后加入酶，再次超声分散后将三维石墨烯作为阴极，-1.0～-3.0V条件下电沉积1.0-20min；
所述二茂铁接枝壳聚糖、碳纳米管和酶的质量比为0.1-10：0.02-2：0.01-10，所述二茂铁接枝壳聚糖溶于醋酸缓冲液后的浓度为0.1-10mg/mL。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述醋酸缓冲液的浓度为0.02-0.2mol/L，pH值为4.8～5.2。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述二茂铁接枝壳聚糖由如下方法制备：
(1)将二茂铁甲醛溶于甲醇溶液中，得到浓度为0.1-5mg/mL的二茂铁甲醛溶液；将壳聚糖溶于浓度为0.5-5.0％的乙酸或盐酸溶液中，得到质量百分数为0.1-4％的壳聚糖溶液；
(2)将所述壳聚糖溶液加入二茂铁甲醛溶液中，搅拌反应1.5～2.5h，然后加入硼氢化钠，继续搅拌反应20～28h后加入氢氧化钠溶液至黄色沉淀完全，将所得黄色沉淀洗涤、干燥后得所述二茂铁接枝壳聚糖。
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述硼氢化钠与二茂铁甲醛的质量比为2:1～5:1。
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的质量百分浓度为0.1％-10％。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述酶为葡萄糖氧化酶、过氧化物酶、乳酸氧化酶、胆固醇氧化酶、酪胺酸氧化酶、醇氧化酶、醇脱氢酶、漆酶、胆碱脂酶、胆碱氧化酶、胆红素氧化酶、脂肪酶和 多酚氧化酶中的至少一种。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
8.一种如权利要求1～7任一所述制备方法制备得到的二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯复合材料。
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| CN201310329165.9A CN103424449B (zh) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | 二茂铁接枝壳聚糖-碳纳米管-酶复合膜修饰三维石墨烯复合材料及其制备方法 |
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Non-Patent Citations (5)
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| Ferrocene-modified multiwalled carbon nanotubes as building block;Jian-Ding Qiu et al.;《Sensors and Actuators B: Chemical》;20080823;第135卷;第181-187页 * |
| Jianding Qiu er al..Ferrocene-modified Fe3O4SiO2 magnetic nanoparticles as building blocks for construction of reagentless enzyme-based biosensors.《Electrochemistry Communications》.2007,第9卷第2734-2738页. * |
| 基于二氧化钛/碳纳米管/壳聚糖纳米复合薄膜制备葡萄糖生物传感器;李俊华等;《无机化学学报》;20111130;第27卷(第11期);第2172-2178页 * |
| 壳聚糖纳米球和纳米金修饰葡萄糖生物传感器的研究;梁克中;《化学研究与应用》;20101231;第22卷(第12期);第1520-1525页 * |
| 杨微微.以氧化还原蛋白质或酶为基础的电流型生物传感器的研究.《中国博士学位论文全文数据库(信息科技辑)》.2008,(第11期),第81-84页. * |
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