CN103926296B - 用于检测生物胺的生物传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于检测生物胺的生物传感器及其制作方法，属于传感器检测技术领域。该生物传感器包括表面设有复合膜的电极，所述复合膜中包括电化学指示剂、生物胺酶和导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒；金属氧化物为具半导体性质的金属氧化物；导电金属与金属氧化物摩尔百分比为0.5-10mol％。本发明通过将包括导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒、电化学指示剂和生物胺酶的包覆于电极表面，利用纳米颗粒所具有的表面效应、量子尺寸效应和介电限域效应等特点，将纳米颗粒引入生物敏感界面的构建中，并在金属氧化物纳米颗粒中掺杂导电金属，提高该复合膜的电子传递效率，增强氧化还原电化学信号，提高了传感器灵敏度和降低了检出限。
Description
技术领域
本发明涉及传感器检测技术领域，特别是涉及一种用于检测生物胺的生物传感器及其制作方法。
背景技术
生物胺是一类具有生物活性含氮的低分子量有机化合物的总称。可看作是氨分子中1-3个氢原子被烷基或芳基取代后而生成的物质，是脂肪族，酯环族或杂环族的低分子量有机碱，常存在于动植物体内及食品中。微量生物胺是生物体(包括人体)内的正常活性成分，在生物细胞中具有重要的生理功能。但当人体摄入过量的生物胺(尤其是同时摄入多种生物胺)时，会引起诸如头痛、恶心、心悸、血压变化、呼吸紊乱等过敏反应，严重的还会危及生命。生物胺存在于多种食品尤其是发酵食品(如奶酪、发酵香肠、调味品)、水产品及肉类产品中。因此，对于生物胺的监测具有很高的实际应用价值。
目前，生物胺的测定方法有荧光法、气相色谱法、高效液相色谱法、高效薄层色谱法及毛细管电泳法等，但这些方法均存在一定的不足，如需要大型的仪器，具有仪器昂贵、不便于携带而且操作繁琐等缺点。因此，开发一种简便、快速、灵敏的生物胺检测方法具有非常重要的意义。
利用电化学酶生物传感器来对生物胺进行检测就是一种新发展起来的检测方法，但是，目前所用的电化学生物传感器电极的制备大多都是利用金、铂、银、碳、玻碳等裸电极，然后在电极表面修饰酶或其他基团，实现对小分子化合物的检测。而这些方法中，一方面由于金、铂、银等贵金属的价格昂贵，限制了该生物传感器的推广应用；另一方面，由于许多生物分子如酶、蛋白质等具有导电性差等缺点，在成膜后电子对传递受到阻碍，电化学信号变弱，降低了电化学生物传感器的灵敏度和检出限。
并且，常规技术中的安培型生物胺酶传感器，在制作过程中除了需要加入电化学指示剂(普鲁士蓝)、生物胺酶外，还需要多种交联剂(如壳聚糖、戊二醛等)。这些方法能对生物胺的检测虽有较好的稳定性，但制备的时间长，过程相对复杂，成本较高。
因此，亟需开发一种廉价并且灵敏度高的传感器，从而使用生物传感器检测生物胺的检测方法能够广泛的推广应用。
发明内容
基于此，本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于检测生物胺的生物传感器，在检测生物胺时，该传感器具有检测灵敏度高、检出限低和简便的优点。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种用于检测生物胺的生物传感器，包括电极，所述电极表面设有复合膜，所述复合膜中包括电化学指示剂、生物胺酶和导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒；
所述金属氧化物为具半导体性质的金属氧化物；
所述导电金属与金属氧化物摩尔百分比为0.5-10mol％。
本发明的用于检测生物胺的生物传感器，利用金属氧化物纳米颗粒具有的独特属性，如比表面积较大，表面反应活性高，催化效率高，吸附能力强，电化学活性高以及良好的生物兼容性等，有利于生物胺酶在传感器电极上的固定，从而在电极表面制备一层与生物分子有很好兼容性的纳米级的金属氧化物材料复合膜，使该纳米级的金属氧化物材料既能作为导线连接在生物分子与电极之间，又能作为电子传递的媒介促进活性中心与电极表面的电子传递速率，增加了氧化还原物质在电极表面反应的可逆性，能够显著提高生物传感器的检测性能；并且，本发明还通过在金属氧化物纳米颗粒中掺杂导电金属，提高该复合膜的电子传递效率，增强氧化还原电化学信号，从而既能实现提高传感器灵敏度和降低检出限的目的，又能确保该复合膜与生物分子有很好的兼容性。
本发明的生物传感器在对生物胺进行检测时，采用电化学方法(如循环伏安法CV、阻抗法EIS等)直接对目标化合物进行检测，通过电化学信号(如电流和电阻)变化来指示目标生物胺浓度的变化，从而进行测定，其检测原理如图1所示。
在其中一个实施例中，所述导电金属为铌、钒、钨、锰中的至少一种。上述导电金属能够较好的提高复合膜的电子传递效率。
在其中一个实施例中，所述金属氧化物为二氧化钛、氧化钒、氧化镍或氧化锰。上述金属氧化物既具有良好的半导体特性，又具有成本低、易得的优点。
在其中一个实施例中，所述电极为铜、或钨电极，或形成于玻璃基底上的ITO电极(即铟锡氧化物电极)。选用上述电极，避免了使用贵金属电极造成的高成本问题。
在其中一个实施例中，所述生物胺酶为单胺氧化酶或双胺氧化酶，所述电化学指示剂为普鲁士蓝。可根据所要检测的具体生物胺类型，灵活设置有针对性的生物胺酶和电化学指示剂。
在其中一个实施例中，所述导电金属为铌、钒中的至少一种；所述金属氧化物为二氧化钛；所述导电金属与金属氧化物摩尔百分比为5-10mol％；所述导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的粒径为10-50nm；所述电极为形成于玻璃基底上的ITO电极；所述生物胺酶为双胺氧化酶，所述电化学指示剂为普鲁士蓝。
将铌、钒中的至少一种以上述摩尔百分比掺杂进二氧化钛中，并将纳米颗粒的粒径控制在10-50nm范围内，并联合双胺氧化酶在ITO电极上制备复合膜，能够达到最佳的配合，使得到的生物传感器对生物胺具有非常高的灵敏度。
本发明还提供一种上述的用于检测生物胺的生物传感器的制作方法，包括以下步骤：
制备分散有导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的悬浮液：取导电金属离子总摩尔数1-3倍的络合剂，按络合剂：水为1:60-1:30的质量比加入水，在60℃-100℃下搅拌溶解，形成溶液，加入浓硝酸，所述浓硝酸与水的体积比为1:50-1:30，再将金属氧化物原料添加至上述溶液中，在80℃-100℃下搅拌溶解后，加入氨水调节溶液pH值至7-8，随后加入导电金属的可溶盐，并在80℃-100℃下搅拌至溶液澄清透明后继续搅拌反应1-3小时；然后在180℃-220℃下烘干，得到稀松膨大的固体，烘干至该固体不再膨胀为止，将该固体研磨后在600℃-700℃下煅烧4-6小时，得到导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒；将壳聚糖和导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒加入到溶剂中，使导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒均匀分散，得到分散均匀的悬浮液，备用；
制备电化学指示剂修饰的电极：取清洗干净的电极，通过电沉积的方法将电化学指示剂修饰至电极上，备用；
在电极表面修饰复合膜：将含有生物胺酶的溶液滴涂于电化学指示剂修饰的电极表面，自然晾干后，将分散有导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的悬浮液也滴于该电极表面，自然晾干，在电极表面形成含有电化学指示剂、生物胺酶和导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的复合膜。
本发明的用于检测生物胺的生物传感器的制作方法，首先采用溶胶-凝胶法合成纳米级掺杂金属氧化物前驱体，然后通过适当的温度制备出导电金属掺杂金属氧化物纳米颗粒，该方法不仅操作简便安全，而且大大缩短了制备时间，降低了材料的成相温度，制备的材料粒径与燃烧法相当；与液相法制备纳米级金属氧化物相比，实现了真正意义上的掺杂；并且该法与常规方法相比，具有良好的稳定性。随后，再利用壳聚糖与生物胺酶之间的相互作用，成功地将生物胺酶固定到表面负载有导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的电极上。
在其中一个实施例中，所述制备分散有导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的悬浮液中，所述络合剂为柠檬酸或乙二胺四乙酸盐；所述金属氧化物原料为钛酸四丁酯，所述导电金属的可溶盐为铌酸铵草酸盐水合物或偏钒酸铵中的至少一种；所述悬浮液中壳聚糖的浓度为5-15mg/mL，所述悬浮液中溶剂为pH值为4-5的溶液。采用上述条件制备悬浮液，能够得到掺杂效果最佳的铌和/或钒掺杂二氧化钛，并且制得的悬浮液分散得更加均匀，利于后续生物胺酶的固定。
在其中一个实施例中，所述制备电化学指示剂修饰的电极包括以下步骤：将清洗干净的电极插入含K4Fe(CN)6:FeCl3摩尔比为3:4的0.05-0.15mol/LHCl溶液中，在恒电位为0.3-0.5V工作电位下电沉积200-400秒，然后将该电极置于含0.05-0.15mol/LKCl和0.05-0.15mol/LHCl的溶液中，以0.04-0.06V/s扫速在0.05V-0.35V之间扫描15-25圈，随后将该电极在低于100℃下的环境中烘干，得到普鲁士蓝修饰的电极。采用上述工艺参数，能够使普鲁士蓝更好的沉积于电极上，达到更佳的检测效果，并具有使用寿命长的优点。
在其中一个实施例中，所述在电极表面修饰复合膜中，所述含有生物胺酶的溶液为100-140mg/mL的双胺氧化酶溶液，滴涂量为15-25μL/cm2；所述悬浮液中导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的浓度为0.5-3mg/mL，滴涂量为15-25μL/cm2。将生物胺酶和导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒以上述用量涂覆与电极表面，具有最佳的固定效果和检测灵敏度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的用于检测生物胺的生物传感器，通过将包括电化学指示剂、导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒和生物胺酶的复合物包覆于电极表面，利用纳米颗粒所具有的表面效应、量子尺寸效应和介电限域效应等特点，将纳米颗粒引入到生物敏感界面的构建中，并通过在金属氧化物纳米颗粒中掺杂导电金属，提高该复合膜的电子传递效率，增强氧化还原电化学信号，从而既能实现提高传感器灵敏度和降低检出限的目的，又能确保该复合膜与生物胺酶有很好的兼容性。
本发明的用于检测生物胺的生物传感器的制作方法，采用溶胶-凝胶法合成纳米级掺杂金属氧化物前驱体，然后通过适当的温度制备出导电金属掺杂金属氧化物纳米颗粒，降低了材料的成相温度，并且具有操作简便安全、制备时间短的优点，且制备出的纳米颗粒具有粒径小、均匀性好、掺杂效果好的特点。
并且该制作方法对制备表面设有复合膜电极中的各项参数进行了优选，使制备得到的电极具有灵敏度高、使用寿命长的优点。
附图说明
图1为生物传感器对生物胺进行检测的原理图；
图2为实施例1中用于检测生物胺的生物传感器的制作方法制备流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种用于检测生物胺的生物传感器的制作方法，其制备流程如图2所示，包括以下步骤：
一、制备分散有导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的悬浮液。
1)导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的制备。
首先，称取6.0g(0.0286mol)的一水合柠檬酸,添加到含有200ml去离子水的烧杯中，在80℃下加热搅拌直到柠檬酸充分溶解。然后往溶液里面添加5ml的浓硝酸(质量分数约为65％，密度约为1.4g/cm3)，同时准确量取35ml的钛酸四丁酯(相当于0.1mol的二氧化钛)，缓慢滴加到溶液中，在90℃下恒定搅拌约2h直到溶解变澄清。保持温度和搅拌条件不变，往溶液中滴加一定量的氨水，直到溶液的pH＝7.0。
随后，准确称取1.510g(0.005mol)的铌酸铵草酸盐水合物、0.5850g(0.005mol)的偏钒酸铵添加至溶液中，并在90℃温度下搅拌使其充分溶解，继续搅拌2h。完成以后将此溶液在200℃下烘干1～2h，使得到的棕色物质不再膨胀为止。最后将棕色膨胀物研磨后在650℃下煅烧5h成相，从而得到所需要的铌、钒共掺杂二氧化钛(NVTO)纳米颗粒。
经检测，上述得到的铌、钒共掺杂二氧化钛纳米颗粒的粒径为20-50nm，且均匀性较好，经XRD分析(X射线衍射分析)，未能观测到铌、钒衍射峰，说明铌、钒已成功掺杂到二氧化钛晶格中，实现了真正意义上的掺杂。
2)制备悬浮液。
将100mg壳聚糖溶解在10mL2％(v/v)的醋酸溶液中室温下磁力搅拌完全溶解，然后用1.0mol/LNaOH调节壳聚糖溶液的pH至4-5，加入上述铌、钒共掺杂的二氧化钛纳米颗粒20mg，超声分散30min，使铌、钒共掺杂的二氧化钛纳米颗粒均匀分散，得到分散均匀的悬浮液，备用。
二、制备普鲁士蓝修饰的电极。
取ITO电极，经打磨抛光后，依次用1.0mol/L氢氧化钠、无水乙醇及二次蒸馏水中分别超声洗涤5min，在室温下晾干。将清洗干净的ITO电极插入新配制的含2.0mmol/LK3Fe(CN)6、2.7mmol/LFeCl3、0.1mol/LHCl的溶液中，在恒电位0.4V工作电位下电沉积300S。
然后将该电极置于含0.1mol/LKCl和0.1mol/LHCl的溶液(pH2.0)中，以0.05V/s扫速在0.05V-0.35V之间扫描20圈，电极在80℃环境中烘干，制得普鲁士蓝修饰电极，备用。
三、在电极表面修饰复合膜。
取10μ120mg/mL双胺氧化酶(DAO)溶液滴于沉积有普鲁士蓝的ITO电极表面(该电极表面积为0.5cm2)，待自然晾干后，取分散有铌、钒共掺杂的二氧化钛纳米颗粒的悬浮液10μL也滴于该电极表面，自然晾干，制得生物胺传感器。
采用三电极体系对本实施例的生物胺传感器进行测定，该三电极体系中，以上述制备得到的生物电极为工作电极，以Ag/AgCl电极为参比电极，以Pt电极为对电极进行测定，测定结果显示，本实施例的生物胺传感器电流响应对组胺浓度在3.0×10-2～0.8×102范围内有良好的线性关系，检出限为5.0×10-3(S/N＝3)。
实施例2
一种用于检测生物胺的生物传感器的制作方法，包括以下步骤：
一、制备分散有导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的悬浮液。
1)导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的制备。
首先，称取2.10g(0.01mol)的一水合柠檬酸,添加到含有100ml去离子水的烧杯中，在60℃下加热搅拌直到柠檬酸充分溶解。然后往溶液里面添加3.3ml的浓硝酸(质量分数约为65％，密度约为1.4g/cm3)，同时准确量取35ml的钛酸四丁酯(相当于0.1mol的二氧化钛)，缓慢滴加到溶液中，在80℃下恒定搅拌约2h直到溶解变澄清。保持温度和搅拌条件不变，往溶液中滴加一定量的氨水，直到溶液的pH＝7.5。
随后，准确称取1.510g(0.005mol)的铌酸铵草酸盐水合物添加至溶液中，并在80℃温度下搅拌使其充分溶解，继续搅拌3h。完成以后将此溶液在180℃下烘干1～2h，使得到的棕色物质不再膨胀为止。最后将棕色膨胀物研磨后在600℃下煅烧6h成相，从而得到所需要的铌掺杂二氧化钛(NTO)纳米颗粒。
经检测，上述得到的铌掺杂二氧化钛纳米颗粒的粒径为20-50nm，且均匀性较好，经XRD分析(X射线衍射分析)，未能观测到铌衍射峰，说明铌已成功掺杂到二氧化钛晶格中，实现了真正意义上的掺杂。
2)制备悬浮液。
将50mg壳聚糖溶解在10mL2％(v/v)的醋酸溶液中室温下磁力搅拌完全溶解，然后用1.0mol/LNaOH调节壳聚糖溶液的pH至4-5，加入上述铌掺杂的二氧化钛纳米颗粒5mg，超声分散30min，使铌共掺杂的二氧化钛纳米颗粒均匀分散，得到分散均匀的悬浮液，备用。
二、制备普鲁士蓝修饰的电极。
取ITO电极，经打磨抛光后，依次用1.0mol/L氢氧化钠、无水乙醇及二次蒸馏水中分别超声洗涤5min，在室温下晾干。将清洗干净的ITO电极插入新配制的含3.0mmol/LK3Fe(CN)6、4.0mmol/LFeCl3和0.1mol/LHCl的溶液中，在恒电位0.3V工作电位下电沉积400S。
然后将该电极置于含0.1mol/LKCl和0.1mol/LHCl的溶液(pH2.0)中，以0.04V/s扫速在0.05V-0.35V之间扫描15圈，电极在40℃环境中烘干，制得普鲁士蓝修饰电极，备用。
三、在电极表面修饰复合膜。
取12.5μL100mg/mL双胺氧化酶(DAO)溶液滴于沉积有普鲁士蓝的ITO电极表面(该电极表面积为0.5cm2)，待自然晾干后，取分散有铌掺杂的二氧化钛纳米颗粒的悬浮液12.5μL也滴于该电极表面，自然晾干，制得生物胺传感器。
采用三电极体系对本实施例的生物胺传感器进行测定，该三电极体系中，以上述制备得到的生物电极为工作电极，以Ag/AgCl电极为参比电极，以Pt电极为对电极进行测定，测定结果显示，本实施例的生物胺传感器电流响应对精胺浓度在3.5×10-2～1.5×102范围内有良好的线性关系，检出限为8.0×10-3(S/N＝3)。
实施例3
一种用于检测生物胺的生物传感器的制作方法，包括以下步骤：
一、制备分散有导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的悬浮液。
1)导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的制备。
首先，称取0.186g(0.0005mol)的乙二胺四乙酸二钠(EDTA),添加到含有11ml去离子水的烧杯中，在100℃下加热搅拌直到乙二胺四乙酸二钠充分溶解。然后往溶液里面添加0.22ml的浓硝酸，同时准确量取35ml的钛酸四丁酯(相当于0.1mol的二氧化钛)，缓慢滴加到溶液中，在100℃下恒定搅拌约1h直到溶解变澄清。保持温度和搅拌条件不变，往溶液中滴加一定量的氨水，直到溶液的pH＝8.0。
随后，准确称取0.06g(0.0005mol)的偏钒酸铵添加至溶液中，并在100℃温度下搅拌使其充分溶解，继续搅拌1h。完成以后将此溶液在220℃下烘干1～2h，使得到的棕色物质不再膨胀为止。最后将棕色膨胀物研磨后在700℃下煅烧4h成相，从而得到所需要的钒掺杂二氧化钛(VTO)纳米颗粒。
经检测，上述得到的钒掺杂二氧化钛纳米颗粒的粒径为10-80nm，且均匀性较好，经XRD分析(X射线衍射分析)，未能观测到钒衍射峰，说明钒已成功掺杂到二氧化钛晶格中，实现了真正意义上的掺杂。
2)制备悬浮液。
将150mg壳聚糖溶解在10mL2％(v/v)的醋酸溶液中室温下磁力搅拌完全溶解，然后用1.0mol/LNaOH调节壳聚糖溶液的pH至4-5，加入上述钒掺杂的二氧化钛纳米颗粒30mg，超声分散30min，使钒掺杂的二氧化钛纳米颗粒均匀分散，得到分散均匀的悬浮液，备用。
二、制备普鲁士蓝修饰的电极。
取ITO电极，经打磨抛光后，依次用1.0mol/L氢氧化钠、无水乙醇及二次蒸馏水中分别超声洗涤5min，在室温下晾干。将清洗干净的ITO电极插入新配制的含1.5mmol/LK3Fe(CN)6、2.0mmol/LFeCl3、0.1mol/LHCl的溶液中，在恒电位0.6V工作电位下电沉积200S。
然后将该电极置于含0.1mol/LKCl和0.1mol/LHCl的溶液(pH2.0)中，以0.06V/s扫速在0.05V-0.35V之间扫描25圈，电极在90℃环境中烘干，制得普鲁士蓝修饰电极，备用。
三、在电极表面修饰复合膜。
取7.5μL100mg/mL双胺氧化酶(DAO)溶液滴于沉积有普鲁士蓝的ITO电极表面(该电极表面积为0.5cm2)，待自然晾干后，取分散有铌、钒共掺杂的二氧化钛纳米颗粒的悬浮液7.5μL也滴于该电极表面，自然晾干，制得生物胺传感器。
采用三电极体系对本实施例的生物胺传感器进行测定，该生物胺传感器电流响应对酪胺浓度在1.0×10-6mol/L～8.2×10-5mol/L范围内有良好的线性关系，检出限为4.0×10-7mol/L(S/N＝3)。
对比例1
本对比例1的用于检测生物胺的生物传感器的制作方法与实施例3的制作方法基本相同，不同之处在于：
步骤1)导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的制备中，所加入的偏钒酸铵为0.012g(0.0001mol)。
经检测，步骤1)制得的钒掺杂二氧化钛纳米颗粒的粒径为10-80nm，并经XRD分析(X射线衍射分析)，未能观测到钒衍射峰，说明钒已成功掺杂到二氧化钛晶格中，实现了真正意义上的掺杂。
但是将本对比例1制得的生物传感器以三电极体系进行测定后，得到该传感器对酪胺的检出限为2.67×10-6mol/L(S/N＝3)。低于实施例3制得的传感器的检出限，经研究分析后，认为是由于电极表面复合膜中导电金属钒的掺杂量较小，对该复合膜的电子传递效率影响较小，没有起到明显增强氧化还原电化学信号的作用。
对比例2
导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的制备方法：
首先，称取6.30g(0.03mol)的一水合柠檬酸,添加到含有200ml去离子水的烧杯中，在60℃下加热搅拌直到柠檬酸充分溶解。然后往溶液里面添加5ml的浓硝酸，同时准确量取35ml的钛酸四丁酯(相当于0.1mol的二氧化钛)，缓慢滴加到溶液中，在80℃下恒定搅拌约2h直到溶解变澄清。保持温度和搅拌条件不变，往溶液中滴加一定量的氨水，直到溶液的pH＝7.5。
随后，准确称取4.530g(0.015mol)的铌酸铵草酸盐水合物添加至溶液中，并在80℃温度下搅拌使其充分溶解，继续搅拌3h。完成以后将此溶液在180℃下烘干1～2h，使得到的棕色物质不再膨胀为止。最后将棕色膨胀物研磨后在600℃下煅烧6h成相，从而得到所需要的铌掺杂二氧化钛(NTO)纳米颗粒。
经检测，上述得到的铌掺杂二氧化钛纳米颗粒的粒径为20-50nm，且均匀性较好，但是经XRD分析(X射线衍射分析)，能够明显观测到铌衍射峰，说明有部分的铌没有成功掺杂到二氧化钛晶格中。经研究分析，认为是由于导电金属铌的添加量较多，导致二氧化钛的晶格已达到饱和状态，无法再将铌真正掺杂进晶格中。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种用于检测生物胺的生物传感器，其特征在于，包括电极，所述电极表面设有复合膜，所述复合膜中包括电化学指示剂、生物胺酶和导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒；
所述金属氧化物为具半导体性质的金属氧化物；
所述导电金属与金属氧化物摩尔百分比为0.5-10mol％；
所述生物传感器通过以下方法制备得到：
制备分散有导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的悬浮液：取导电金属离子总摩尔数1-3倍的络合剂，按络合剂：水为1:60-1:30的质量比加入水，在60℃-100℃下搅拌溶解，形成溶液，加入浓硝酸，所述浓硝酸与水的体积比为1:50-1:30，再将金属氧化物原料添加至上述溶液中，在80℃-100℃下搅拌溶解后，加入氨水调节溶液pH值至7-8，随后加入导电金属的可溶盐，并在80℃-100℃下搅拌至溶液澄清透明后继续搅拌反应1-3小时；然后在180℃-220℃下烘干，得到稀松膨大的固体，烘干至该固体不再膨胀为止，将该固体研磨后在600℃-700℃下煅烧4-6小时，得到导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒；将壳聚糖和导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒加入到溶剂中，使导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒均匀分散，得到分散均匀的悬浮液，备用；
制备电化学指示剂修饰的电极：取清洗干净的电极，通过电沉积的方法将电化学指示剂修饰至电极上，备用；
在电极表面修饰复合膜：将含有生物胺酶的溶液滴涂于电化学指示剂修饰的电极表面，自然晾干后，将分散有导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的悬浮液也滴于该电极表面，自然晾干，在电极表面形成含有电化学指示剂、生物胺酶和导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的复合膜；
所述制备分散有导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的悬浮液中，所述络合剂为柠檬酸或乙二胺四乙酸盐；
所述金属氧化物原料为钛酸四丁酯，所述导电金属的可溶盐为铌酸铵草酸盐水合物或偏钒酸铵中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的用于检测生物胺的生物传感器，其特征在于，所述导电金属为铌、钒中的至少一种；所述金属氧化物为二氧化钛。
3.根据权利要求1所述的用于检测生物胺的生物传感器，其特征在于，所述金属氧化物为二氧化钛、氧化钒、氧化镍或氧化锰。
4.根据权利要求1所述的用于检测生物胺的生物传感器，其特征在于，所述电极为铜、或钨电极，或形成于玻璃基底上的ITO电极。
5.根据权利要求1所述的用于检测生物胺的生物传感器，其特征在于，所述生物胺酶为单胺氧化酶或双胺氧化酶，所述电化学指示剂为普鲁士蓝。
6.根据权利要求1-5任一项所述的用于检测生物胺的生物传感器，其特征在于，所述导电金属与金属氧化物摩尔百分比为5-10mol％；所述导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的粒径为10-50nm；所述电极为形成于玻璃基底上的ITO电极；所述生物胺酶为双胺氧化酶，所述电化学指示剂为普鲁士蓝。
7.一种权利要求1-6任一项所述的用于检测生物胺的生物传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备分散有导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的悬浮液：取导电金属离子总摩尔数1-3倍的络合剂，按络合剂：水为1:60-1:30的质量比加入水，在60℃-100℃下搅拌溶解，形成溶液，加入浓硝酸，所述浓硝酸与水的体积比为1:50-1:30，再将金属氧化物原料添加至上述溶液中，在80℃-100℃下搅拌溶解后，加入氨水调节溶液pH值至7-8，随后加入导电金属的可溶盐，并在80℃-100℃下搅拌至溶液澄清透明后继续搅拌反应1-3小时；然后在180℃-220℃下烘干，得到稀松膨大的固体，烘干至该固体不再膨胀为止，将该固体研磨后在600℃-700℃下煅烧4-6小时，得到导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒；将壳聚糖和导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒加入到溶剂中，使导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒均匀分散，得到分散均匀的悬浮液，备用；
制备电化学指示剂修饰的电极：取清洗干净的电极，通过电沉积的方法将电化学指示剂修饰至电极上，备用；
在电极表面修饰复合膜：将含有生物胺酶的溶液滴涂于电化学指示剂修饰的电极表面，自然晾干后，将分散有导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的悬浮液也滴于该电极表面，自然晾干，在电极表面形成含有电化学指示剂、生物胺酶和导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的复合膜；
所述制备分散有导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的悬浮液中，所述络合剂为柠檬酸或乙二胺四乙酸盐；
所述金属氧化物原料为钛酸四丁酯，所述导电金属的可溶盐为铌酸铵草酸盐水合物或偏钒酸铵中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的用于检测生物胺的生物传感器的制作方法，其特征在于，所述悬浮液中壳聚糖的浓度为5-15mg/mL，所述悬浮液中溶剂为pH值为4-5的溶液。
9.根据权利要求7所述的用于检测生物胺的生物传感器的制作方法，其特征在于，所述制备电化学指示剂修饰的电极包括以下步骤：将清洗干净的电极插入含K4Fe(CN)6:FeCl3摩尔比为3:4的0.05-0.15mol/LHCl溶液中，在恒电位为0.3-0.5V工作电位下电沉积200-400秒，然后将该电极置于含0.05-0.15mol/LKCl和0.05-0.15mol/LHCl的溶液中，以0.04-0.06V/s扫速在0.05V-0.35V之间扫描15-25圈，随后将该电极在低于100℃下的环境中烘干，得到普鲁士蓝修饰的电极。
10.根据权利要求7所述的用于检测生物胺的生物传感器的制作方法，其特征在于，所述在电极表面修饰复合膜中，所述含有生物胺酶的溶液为100-140mg/mL的双胺氧化酶溶液，滴涂量为15-25μL/cm2；所述悬浮液中导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的浓度为0.5-3mg/mL，滴涂量为15-25μL/cm2。
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