CN104359966B - 一种贵金属掺杂氧化锌纳米棒的葡萄糖传感器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种贵金属掺杂氧化锌纳米棒的葡萄糖传感器的制备方法，将贵金属‑氧化锌纳米复合材料与葡萄糖氧化酶共同修饰到玻碳电极，制得电化学生物传感器。本发明所述的电化学葡萄糖生物传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)制备贵金属掺杂的氧化锌纳米复合材料；(2)在超声下，将贵金属掺杂的氧化锌纳米复合材料分散于去离子水中，形成贵金属掺杂的氧化锌的水溶液；(3)制得预处理的玻碳电极；(4)制得电化学葡萄糖生物传感器。本发明的传感器制备简单、快速、成本低、灵敏度高，重现性和稳定性好。可以用于葡萄糖浓度的检测。
Description
技术领域
本发明属于电化学分析技术领域，具体涉及一种贵金属掺杂氧化锌纳米棒的葡萄糖传感器的制备方法。
背景技术
糖尿病严重危害着人类的健康,因此对于糖尿病的诊断显得尤为重要。通过检测人体血液中葡萄糖的浓度可以间接得知人们的身体健康状况，为糖尿病的诊断提供一个平台。
目前，检测葡萄糖浓度的方法有色谱法、分光光度法、旋光度法、比色法等，这些分析方法灵敏度低、费力、耗时，而使用电化学生物传感器法具有更高的灵敏度，以及分析速度快、选择性高、仪器操作简单、价格低廉等特点。
近年来，电化学分析法由于其灵敏度高，特异性好，样品消耗量小、简单快速等特点，成为一种极有竞争力的现场检测方法。贵金属掺杂的氧化锌纳米复合材料是具有独特化学、生物、物理和机械性能的纳米材料，为电化学分析研究提供了新研究途径。
目前，缺乏一种灵敏度高、稳定性好的贵金属掺杂氧化锌纳米棒的葡萄糖传感器的制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种灵敏度高、稳定性好的贵金属掺杂氧化锌纳米棒的葡萄糖传感器的制备方法。
本发明的技术方案如下：本发明提供了一种贵金属掺杂氧化锌纳米棒的葡萄糖传感器的制备方法，将贵金属-氧化锌纳米复合材料与葡萄糖氧化酶共同修饰到玻碳电极，制得电化学生物传感器。
本发明所述的贵金属掺杂氧化锌纳米棒的葡萄糖传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备贵金属掺杂的氧化锌纳米复合材料；
(2)在超声下，将贵金属掺杂的氧化锌纳米复合材料分散于去离子水中，形成1mg/ml的贵金属掺杂的氧化锌的水溶液；
(3)将玻碳电极先用粒径为0.03mm—0.05mm的氧化铝粉抛光，用去离子水冲洗掉残留的氧化铝粉后，放入稀硝酸水溶液中超声清洗，最后依次用乙醇和二次蒸馏水清洗玻碳电极表面，制得预处理的玻碳电极；
(4)向含有贵金属掺杂的氧化锌的水溶液中加入葡萄糖氧化酶，使其混合均匀，均匀滴涂于预处理的玻碳电极表面，将含有贵金属-氧化锌-葡萄糖氧化酶的混合物均匀地涂覆于处理过的玻碳电极表面，置于4℃的温度环境下干燥后，再于玻碳电极表面修饰一层萘酚膜，制得电化学葡萄糖生物传感器。
进一步地，在步骤(1)中，所述贵金属掺杂的氧化锌纳米复合材料为银掺杂的氧化锌纳米复合材料。
进一步地，在步骤(1)中，取3.0mmol的硝酸锌Zn(NO3)2·6H2O和xmmol的硝酸银AgNO3置于容积为100ml的聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，加入80ml无水乙醇溶液，使聚四乙烯反应釜的填充度达到80％，在室温下搅拌10min，称取30.0mmol的氢氧化钠NaOH加入上述溶液中，室温下搅拌1h至完全溶解；所述x为0,0.02,0.25,0.56,0.96；
然后将其至于电热恒温鼓风干燥箱中在120℃下反应12h，待反应体系自然冷却至室温后取出，抽滤，用去离子水和无水乙醇清洗数次，抽滤完将样品置于80℃烘箱内干燥12h，烘干后制得银掺杂的氧化锌纳米复合材料。
更进一步地，在步骤(1)中，所述贵金属掺杂的氧化锌纳米复合材料为铂掺杂的氧化锌纳米复合材料。
进一步地，在步骤(1)中，取3.0mmol的硝酸锌Zn(NO3)2·6H2O和xmmol的硝酸铂(Pt(NO3)2)置于容积为100ml的聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，加入80ml无水乙醇溶液，使聚四乙烯反应釜的填充度达到80％，在室温下搅拌10min，称取30.0mmol的氢氧化钠(NaOH)加入上述溶液中，室温下搅拌1h至完全溶解；所述x为0,0.01,0.14,0.31,0.60；
然后将其至于电热恒温鼓风干燥箱中在120℃下反应12h，待反应体系自然冷却至室温后取出，抽滤，用去离子水和无水乙醇清洗数次，抽滤完将样品置于80℃烘箱内干燥12h，烘干后制得铂掺杂的氧化锌纳米复合材料。
本发明利用所述的贵金属掺杂氧化锌纳米棒的葡萄糖传感器的检测方法，包括如下步骤：
(1)在测试液中，以修饰过的玻碳电极为工作电极，饱和甘汞电极作为辅助电极，铂片电极作为对电极，加入葡萄糖；
(2)然后检测工作电极的电化学信号。
进一步地，在步骤(1)中，所述测试液为磷酸缓冲盐PBS溶液。
更进一步地，在步骤(1)中，所述磷酸缓冲盐PBS溶液的pH为7.0。
本发明所述的方法制得的贵金属掺杂氧化锌纳米棒的葡萄糖传感器在葡萄糖检测中的应用。
有益效果：本发明的传感器制备简单、快速、成本低、灵敏度高，重现性和稳定性好。可以用于葡萄糖浓度的检测。贵金属掺杂的氧化锌纳米棒电化学葡萄糖生物传感器的合成技术。利用性能优良的贵金属-氧化锌纳米复合材料修饰玻碳电极来固定葡萄糖氧化酶，制备得到新颖的电化学生物传感器。该传感器通过循环伏安法来检测葡萄糖浓度，可将其应用于葡萄糖电化学分析。本发明具有如下优点：
(1)本发明采用不同贵金属含量、性能优良的贵金属掺杂的氧化锌纳米复合材料，氧化锌纳米材料具有比表面积大，生物相容性好等优点，同时贵金属可增强材料的导电性，利用其固定葡萄糖氧化酶，有利于保持酶的生物活性，拓宽检测的线性范围，提高检测时的电子传递速率，从而提高检测灵敏度。本发明利用其固定葡萄糖氧化酶，实现对葡萄糖的定量检测。
(2)通过以上工艺，可将材料和酶牢牢固定在电极上，制得用于检测葡萄糖的电化学生物传感器。将制得的传感器置于检测体系中，加入葡萄糖，检测其电化学信号。以本方法制备的传感器进行测试的方法无需标记、简单、快速、成本低、灵敏度高、重现性和稳定性好，可以用于人体血糖的检测。
(3)为了提高检测的准确性，本发明还在涂覆含有贵金属-氧化锌的混合剂前，将玻碳电极先用粒径为0.05mm的氧化铝粉抛光，再以去离子水冲洗掉残留的氧化铝粉后，放入稀硝酸水溶液中超声清洗，最后依次用乙醇和二次蒸馏水清洗玻碳电极，以此取得表面洁净的玻碳电极。
(4)由于本发明对缓冲溶液的pH、复合材料中银含量进行了优化，并获得了最佳的葡萄糖检测条件，提高了分析效果。该方法简单、快速、成本低、灵敏度高、重现性和稳定性好，可以用于检测人体血糖浓度，从而有助于糖尿病的检测，为人类健康提供保障。本发明利用贵金属掺杂的氧化锌纳米棒固定葡萄糖氧化酶，构建一个电化学生物传感器实现对葡萄糖的定量检测，对人体血糖的检测、糖尿病的早期诊断具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的葡萄糖生物传感器的电化学分析示意图。
图2为本发明的葡萄糖氧化酶电化学生物传感器的线性拟合图。
具体实施方式
下面对本发明的实验过程进行详细的说明，旨在使本发明的设计流程、设计目的及其创新点和优点更加明了。
实施例1
本发明提供的一种贵金属掺杂氧化锌纳米棒的葡萄糖传感器的制备方法，将贵金属-氧化锌纳米复合材料与葡萄糖氧化酶共同修饰到玻碳电极，制得电化学生物传感器。
本发明所述的贵金属掺杂氧化锌纳米棒的葡萄糖传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备贵金属掺杂的氧化锌纳米复合材料；所述贵金属掺杂的氧化锌纳米复合材料为银掺杂的氧化锌纳米复合材料。
在步骤(1)中，取3.0mmol的硝酸锌Zn(NO3)2·6H2O和xmmol的硝酸银AgNO3(x＝0,0.02,0.25,0.56,0.96)置于容积为100ml的聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，加入80ml无水乙醇溶液，使聚四乙烯反应釜的填充度达到80％，在室温下搅拌10min，称取30.0mmol的氢氧化钠NaOH加入上述溶液中，室温下搅拌1h至完全溶解；
然后将其至于电热恒温鼓风干燥箱中在120℃下反应12h，待反应体系自然冷却至室温后取出，抽滤，用去离子水和无水乙醇清洗数次，抽滤完将样品置于80℃烘箱内干燥12h，烘干后制得银掺杂的氧化锌纳米复合材料。
(2)在超声下，将贵金属掺杂的氧化锌纳米复合材料分散于去离子水中，形成贵金属掺杂的氧化锌的水溶液；
(3)将玻碳电极先用粒径为0.05mm的氧化铝粉抛光，用去离子水冲洗掉残留的氧化铝粉后，放入稀硝酸水溶液中超声清洗，最后依次用乙醇和二次蒸馏水清洗玻碳电极表面，制得预处理的玻碳电极；
(4)向含有贵金属掺杂的氧化锌的水溶液中加入葡萄糖氧化酶，使其混合均匀，均匀滴涂于预处理的玻碳电极表面，将含有贵金属-氧化锌-葡萄糖氧化酶的混合物均匀地涂覆于处理过的玻碳电极表面，置于4℃的温度环境下干燥后，再于玻碳电极表面修饰一层萘酚膜，制得电化学葡萄糖生物传感器。
利用本发明所述的贵金属掺杂氧化锌纳米棒的葡萄糖传感器的检测方法，包括如下步骤：
(1)在测试液中，以修饰过的玻碳电极为工作电极，饱和甘汞电极作为辅助电极，铂片电极作为对电极，加入葡萄糖；所述测试液为磷酸缓冲盐PBS溶液。所述磷酸缓冲盐PBS溶液的pH为7.0。
(2)然后检测工作电极的电化学信号。
本发明所述的方法制得的贵金属掺杂氧化锌纳米棒的葡萄糖传感器在葡萄糖检测中的应用。
本发明的传感器制备简单、快速、成本低、灵敏度高，重现性和稳定性好。可以用于葡萄糖浓度的检测。贵金属掺杂的氧化锌纳米棒电化学葡萄糖生物传感器的合成技术。利用性能优良的贵金属-氧化锌纳米复合材料修饰玻碳电极来固定葡萄糖氧化酶，制备得到新颖的电化学生物传感器。该传感器通过循环伏安法来检测葡萄糖浓度，可将其应用于葡萄糖电化学分析。本发明具有如下优点：
(1)本发明采用不同贵金属含量、性能优良的贵金属掺杂的氧化锌纳米复合材料，氧化锌纳米材料具有比表面积大，生物相容性好等优点，同时贵金属可增强材料的导电性，利用其固定葡萄糖氧化酶，有利于保持酶的生物活性，拓宽检测的线性范围，提高检测时的电子传递速率，从而提高检测灵敏度。本发明利用其固定葡萄糖氧化酶，实现对葡萄糖的定量检测。
(2)通过以上工艺，可将材料和酶牢牢固定在电极上，制得用于检测葡萄糖的电化学生物传感器。将制得的传感器置于检测体系中，加入葡萄糖，检测其电化学信号。以本方法制备的传感器进行测试的方法无需标记、简单、快速、成本低、灵敏度高、重现性和稳定性好，可以用于人体血糖的检测。
(3)为了提高检测的准确性，本发明还在涂覆含有贵金属-氧化锌的混合剂前，将玻碳电极先用粒径为0.05mm的氧化铝粉抛光，再以去离子水冲洗掉残留的氧化铝粉后，放入稀硝酸水溶液中超声清洗，最后依次用乙醇和二次蒸馏水清洗玻碳电极，以此取得表面洁净的玻碳电极。
(4)由于本发明对缓冲溶液的pH、复合材料中银含量进行了优化，并获得了最佳的葡萄糖检测条件，提高了分析效果。该方法简单、快速、成本低、灵敏度高、重现性和稳定性好，可以用于检测人体血糖浓度，从而有助于糖尿病的检测，为人类健康提供保障。本发明利用贵金属掺杂的氧化锌纳米棒固定葡萄糖氧化酶，构建一个电化学生物传感器实现对葡萄糖的定量检测，对人体血糖的检测、糖尿病的早期诊断具有重要意义。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：在步骤(1)中，所述贵金属掺杂的氧化锌纳米复合材料为铂掺杂的氧化锌纳米复合材料。取3.0mmol的硝酸锌Zn(NO3)2·6H2O和xmmol的硝酸铂Pt(NO3)2(x＝0,0.01,0.14,0.31,0.60)置于容积为100ml的聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，加入80ml无水乙醇溶液，使聚四乙烯反应釜的填充度达到80％，在室温下搅拌10min，称取30.0mmol的氢氧化钠NaOH加入上述溶液中，室温下搅拌1h至完全溶解；
然后将其至于电热恒温鼓风干燥箱中在120℃下反应12h，待反应体系自然冷却至室温后取出，抽滤，用去离子水和无水乙醇清洗数次，抽滤完将样品置于80℃烘箱内干燥12h，烘干后制得铂掺杂的氧化锌纳米复合材料。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种贵金属掺杂氧化锌纳米棒的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于：将贵金属掺杂的氧化锌纳米复合材料与葡萄糖氧化酶共同修饰到玻碳电极，制得该葡萄糖电化学生物传感器；
包括以下步骤：
(1)制备贵金属掺杂的氧化锌纳米复合材料：
a)取3.0mmol的硝酸锌Zn(NO3)2·6H2O和xmmol贵金属硝酸盐置于容积为100ml的聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，加入80ml无水乙醇溶液，使聚四乙烯反应釜的填充度达到80％，在室温下搅拌10min，称取30.0mmol的氢氧化钠NaOH加入上述溶液中，室温下搅拌1h至完全溶解；
其中，所述的贵金属硝酸盐为硝酸银AgNO3，此时，所述x为0，0.02，0.25，0.56，0.96；或者，所述的贵金属硝酸盐为硝酸铂Pt(NO3)2，此时，所述x为0，0.01，0.14，0.31，0.60；
b)然后将其置于电热恒温鼓风干燥箱中在120℃下反应12h，待反应体系自然冷却至室温后取出，抽滤，用去离子水和无水乙醇清洗数次，抽滤完将样品置于80℃烘箱内干燥12h，烘干后制得贵金属掺杂的氧化锌纳米复合材料；
(2)在超声下，将贵金属掺杂的氧化锌纳米复合材料分散于去离子水中，形成1mg/ml的贵金属掺杂的氧化锌的水溶液；
(3)将玻碳电极先用粒径为0.03mm—0.05mm的氧化铝粉抛光，用去离子水冲洗掉残留的氧化铝粉后，放入稀硝酸水溶液中超声清洗，最后依次用乙醇和二次蒸馏水清洗玻碳电极表面，制得预处理的玻碳电极；
(4)向含有贵金属掺杂的氧化锌的水溶液中加入葡萄糖氧化酶，使其混合均匀，均匀滴涂于预处理的玻碳电极表面，将含有贵金属-氧化锌-葡萄糖氧化酶的混合物均匀地涂覆于处理过的玻碳电极表面，置于4℃的温度环境下干燥后，再于玻碳电极表面修饰一层萘酚膜，制得电化学葡萄糖生物传感器。
2.如权利要求1所述的方法制得的贵金属掺杂氧化锌纳米棒的葡萄糖传感器在葡萄糖检测中的应用。
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