CN109100401A - 基于氧化锌纳米棒与肌红蛋白的电化学传感器件的制备与分析应用 - Google Patents

基于氧化锌纳米棒与肌红蛋白的电化学传感器件的制备与分析应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于氧化锌纳米棒与肌红蛋白电化学传感器件的制备与应用；利用适量石墨粉和离子液体制备基底电极(CILE)；取适量长径比大于300的氧化锌纳米线固体（ZnONW）于玛瑙研钵中，将其均匀研磨至呈无明显颗粒状的白色粉末，得到氧化锌纳米棒（ZnONR）；称取适量该ZnONR分散于二次蒸馏水中配制成不同浓度的分散液，取适量肌红蛋白（Mb）溶于二次蒸馏水中配制成一定浓度的水溶液，将ZnONR分散液与Mb水溶液混合并充分振荡；取一定体积的该混合液滴涂于CILE表面得到Mb‑ZnONR/CILE，再将Nafion乙醇溶液涂布于Mb‑ZnONR/CILE表面得到基于氧化锌纳米棒与肌红蛋白的电化学传感器(Nafion/Mb‑ZnONR/CILE)。将该传感器件应用于对亚硝酸钠的电化学检测，表现出良好的电催化性能。

Description

基于氧化锌纳米棒与肌红蛋白的电化学传感器件的制备与分 析应用
技术领域
本发明涉及一种电化学酶传感器的制备与研究应用，具体为基于氧化锌纳米棒与肌红蛋白的电化学传感器件的制备与分析应用。
背景技术
肌红蛋白(Myoglobin，Mb)是一种常见的氧化还原蛋白质，由单一的多肽链键（珠蛋白）和辅基血红素构成，相对分子质量为17800，含150~160个氨基酸残基。Mb较多存在于哺乳动物细胞（主要是肌细胞）中，承担着储存和运输氧的工作。由于其生物结构清晰，常被用于氧化还原蛋白质电化学行为的研究及构建电化学生物传感器。但Mb的肽链绕成一个类球状结构，极性的氨基酸残基几乎全部存在于分子表面，使其具有水溶性；而非极性的氨基酸残基分布在分子的内部，使内部出现疏水性空穴，它的电活性中心血红素便深埋于空穴中，因此其直接电子转移一般难以实现，需要借助媒介体作为桥梁以提供电子转移通道。
一维纳米材料具有新颖的物理、化学和生物特性，在纳米器件中有广泛的应用。纳米氧化锌是一种新型的Ⅱ-Ⅳ族半导体材料，在电子学、光电子学、压电和光电装置、化学传感器、光伏等领域表现出潜在应用前景。其中一维结构的纳米氧化锌具有较大的比表面积和长径比以及独特的表面润湿性能，其电导率对表面化学的变化也十分敏感。因此，纳米线或纳米带等结构的纳米氧化锌能够在很大程度上改善传感器的性能。其中氧化锌纳米棒（Zinc Oxide Nanorods，ZnONR）已经被广泛地用于电化学传感器、细胞内pH传感器、基于电离的气体传感器以及氨气电导传感器等传感器件中。
通过蛋白质与纳米材料在界面的相互作用，纳米材料会对蛋白质的空间结构产生影响，在维持其生物活性的条件下诱导其生物构象发生改变，进而实现蛋白质的直接电子转移。另一方面纳米材料还能够对传感平台进行修饰，使界面功能化以提升传感器件的电化学性能，进一步应用于目标底物的电化学检测。本发明基于氧化锌纳米棒修饰界面制备肌红蛋白电化学传感器，利用Mb与ZnONR间在界面的相互作用加快Mb在修饰电极上的直接电化学，并构建出一种具有高灵敏度、响应快速且稳定性良好的电化学酶传感器应用于亚硝酸钠的检测。
发明内容
本发明的目的是为了提供了一种基于氧化锌纳米棒与肌红蛋白电化学传感器件的制备与应用，制备的传感器件具有良好的电化学性能，如灵敏度高、工作范围宽、电化学响应快速、稳定性好等，且其对亚硝酸钠具有良好的电催化还原效果。
本发明采用的技术手段如下：
1. 基于氧化锌纳米棒与肌红蛋白电化学传感器件的制备
(ⅰ) 称取质量为1.0~2.0 g石墨粉与0.5~1.0 g离子液体于研钵中充分研磨使混合均匀，将其填入玻璃电极管中压实，内插铜丝作为导线，得到基底电极(CILE)；
(ⅱ) 取6~10 μL氧化锌纳米棒与肌红蛋白混合液涂于基底电极表面（其中ZnONR浓度为0.5~2.0 mg/mL，Mb浓度为10.0~20.0 mg/mL），室温条件下自然晾干，得到Mb-ZnONR/CILE；
(ⅲ) 取4~6 μL 0.3~0.7% Nafion乙醇溶液滴涂在Mb-ZnONR/CILE表面，室温下晾干后，得到基于氧化锌纳米棒与肌红蛋白的电化学传感器(Nafion/Mb-ZnONR/CILE)。
上述的基于氧化锌纳米棒与肌红蛋白的电化学传感器的制备过程中，滴涂的混合液中氧化锌纳米棒的浓度为0.5 mg/mL，肌红蛋白的浓度为15.0 mg/mL。
上述的氧化锌纳米棒与肌红蛋白电化学传感器件的制备过程中，氧化锌纳米棒与肌红蛋白混合液滴涂的体积为8 μL。
上述的氧化锌纳米棒与肌红蛋白电化学传感器件的制备过程中，Nafion乙醇溶液的体积浓度为0.5%，滴涂体积为6 μL。
2.氧化锌纳米棒与肌红蛋白传感器件的电化学行为研究
按照上述的方法进一步制备不同类型的修饰电极，如Nafion/CILE、Nafion/ZnONR/CILE、Nafion/Mb/CILE和ZnONR/CILE，利用电化学循环伏安法和交流阻抗法考察这些修饰电极的电化学行为，并探讨影响Mb电化学行为的相关因素，计算电化学参数。
3.氧化锌纳米棒与肌红蛋白传感器件的电催化应用
将所制备的氧化锌纳米棒与肌红蛋白电化学传感器应用于电催化还原亚硝酸钠，得到其催化反应的还原峰电流与亚硝酸钠浓度的工作曲线，并求解催化反应的相关参数。
所述的氧化锌纳米棒与肌红蛋白电化学传感器的电催化还原亚硝酸钠的环境为在pH为3.0的磷酸盐缓冲溶液中。
本发明中，所述基底电极为碳离子液体电极（CILE，Carbon Ionic LiquidElectrode），所述离子液体为N-己基吡啶六氟磷酸盐（HPPF6），所述ZnONR为氧化锌纳米棒，所述Mb为肌红蛋白，所述Nafion为全氟磺酸型聚合物膜，所述NaNO2为亚硝酸钠，所述PBS为磷酸盐缓冲溶液。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明采用的功能化纳米材料为氧化锌纳米棒，它作为一维纳米材料具有显著的量子效应、尺寸效应、表面效应和特殊的电子传导效应，尺度小、比表面积大、光电性能优良以及热稳定性好，在催化、光电、热电、压电以及敏感器件等领域展示了良好的潜在应用。将其修饰于基底电极上有望提升电极的电化学性能，从而具备更高的导电性、更大的比表面积以及更好的灵敏度等，为生物分子与电极间的电子传递提供一个更佳的功能化传感界面。
本发明在修饰电极的制备过程中采用了混合固定法，即将氧化锌纳米棒与肌红蛋白均匀混合后涂布于基底电极上，ZnONR与Mb之间充分接触、相互作用。ZnONR的介入为Mb的电活性中心与电极界面间提供了电子转移快速通道，能够加快电子转移速率，实现Mb的直接电化学；而ZnONR良好的生物相容性又保证了Mb在与其混合后仍能保持良好的生物活性。
本发明所制备的电化学酶传感器能够对亚硝酸钠准确有效的测定，检测范围为0.10~2.60 mmol/L，检出限为0.033 mmol/L，表观米氏常数值0.51 mmol/L。
附图说明
图1为ZnONR的扫描电镜图。
图2为（A）Mb-ZnONR混合物的红外光谱；（B）Mb的红外光谱。
图3为不同修饰电极在铁氰化钾和氯化钾浓度分别为10.0 mmol/L和0.1 mol/L的混合液中的电化学交流阻抗谱，其中：
曲线a为对比例4中ZnONR/CILE的交流阻抗谱；
曲线b为实施例1中Nafion/Mb-ZnONR/CILE的交流阻抗谱；
曲线c为对比例3中Nafion/CILE的交流阻抗谱；
曲线d为对比例1中Nafion/Mb/CILE的交流阻抗谱。
图4为不同修饰电极在pH = 3.0 PBS中扫描速度为100 mV/s的循环伏安曲线，其中：
曲线d为对比例3中Nafion/CILE的循环伏安曲线；
曲线c为对比例2中Nafion/ZnONR/CILE的循环伏安曲线；
曲线b为对比例1中Nafion/Mb/CILE的循环伏安曲线；
曲线a为实施例1中Nafion/Mb-ZnONR/CILE的循环伏安曲线。
图5为Nafion/Mb-ZnONR/CILE在不同扫描速度下的循环伏安曲线，从a到k扫速分别为0.02, 0.10, 0.20, 0.30, 0.40, 0.50, 0.60, 0.70, 0.80, 0.90,1.00 V/s。
图6为Nafion/Mb-ZnONR/CILE在不同pH的PBS中的循环伏安曲线，a到f分别代表pH为：3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0。
图7为修饰电极在含不同浓度NaNO2的pH = 3.0 PBS中的循环伏安曲线，a到j的分别代表浓度为0.00，0.10，0.20，0.30，0.40，0.60，0.80，1.20，2.00，2.60 mmol/L。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
Nafion/Mb-ZnONR/CILE的制备，包括以下步骤：
(ⅰ) 称取质量为1.6 g石墨粉与0.8 g离子液体于研钵中充分研磨使混合均匀，将其填入玻璃电极管中压实，内插铜丝作为导线得到CILE；
(ⅱ) 取8 μL ZnONR-Mb混合液涂于CILE表面（其中ZnONR浓度为0.5 mg/mL，Mb浓度为15.0 mg/mL），室温条件下自然晾干，得到Mb-ZnONR/CILE；
(ⅲ) 取6 μL 0.5% Nafion乙醇溶液滴涂在Mb-ZnONR/CILE表面，室温下晾干后，得到Nafion/Mb-ZnONR/CILE。
对比例1
Nafion/Mb/CILE的制备，包括以下步骤：
(ⅰ) 称取质量为1.6 g石墨粉与0.8 g离子液体于研钵中充分研磨使混合均匀，将其填入玻璃电极管中压实，内插铜丝作为导线得到CILE；
(ⅱ) 取8 μL 15.0 mg/mL Mb水溶液涂于CILE表面，室温条件下自然晾干，得到Mb/CILE；
(ⅲ) 取6 μL 0.5% Nafion乙醇溶液滴涂在Mb/CILE表面，室温下晾干后，得到Nafion/Mb/CILE。
对比例2
Nafion/ZnONR/CILE的制备，包括以下步骤：
(ⅰ) 称取质量为1.6 g石墨粉与0.8 g离子液体于研钵中充分研磨使混合均匀，将其填入玻璃电极管中压实，内插铜丝作为导线得到CILE；
(ⅱ) 取8 μL 0.5 mg/mL ZnONR分散液涂于CILE表面，室温条件下自然晾干，得到ZnONR/CILE；
(ⅲ) 取6 μL 0.5% Nafion乙醇溶液滴涂在Mb/CILE表面，室温下晾干后，得到Nafion/ZnONR/CILE。
对比例3
Nafion/CILE的制备，包括以下步骤：
(ⅰ) 称取质量为1.6 g石墨粉与0.8 g离子液体于研钵中充分研磨使混合均匀，将其填入玻璃电极管中压实，内插铜丝作为导线得到CILE；
(ⅱ) 取6 μL 0.5% Nafion乙醇溶液滴涂在CILE表面，室温下晾干后，得到Nafion/CILE。
对比例4
ZnONR/CILE的制备，包括以下步骤：
(ⅰ) 称取质量为1.6 g石墨粉与0.8 g离子液体于研钵中充分研磨使混合均匀，将其填入玻璃电极管中压实，内插铜丝作为导线得到CILE；
(ⅱ) 取8 μL 0.5 mg/mL ZnONR分散液涂于CILE表面，室温条件下自然晾干，得到ZnONR/CILE。
一、扫描电子显微镜表征
扫描电子显微镜(SEM)常用于观察物体外表的微观形貌及结构特征。记录了ZnO纳米棒的立体结构和形貌信息，SEM结果如图1所示表现为一维纳米棒状结构，呈规则的六方柱状。
二、傅里叶变换红外光谱表征
傅里叶变换红外光谱(FT-IR)常用于检测蛋白质的二级结构，酰胺I (1700-1600 cm-1)由蛋白质的肽段结构含有的C=O键伸缩振动引发；酰胺II (1620-1500 cm-1)则是由N-H键弯曲振动和C-N键伸缩振动产生。在4000~500 cm-1范围内观察Mb的红外光谱，实验结果如图2所示。Mb自身的酰胺I和酰胺II的红外吸收带分别位于1649.15 cm-1和1529.20 cm-1(图2 A)，而其与ZnONR混合后的吸收带位置分别位于1654.58 cm-1和1529.28 cm-1 (图2B)，两者特征红外吸收带的位置差别不大。可以认为Mb-ZnONR混合之后Mb仍基本保持其原有构象，未发生变性。
三、电化学交流阻抗谱
电化学交流阻抗谱(EIS)能够有效地反映出电极表面修饰过程的电阻变化情况，本发明考察了不同修饰电极在10 mmol/L [Fe(CN)6]3-/4-和0.1 mol/L KCl混合液中扫描频率范围为105~10-1 Hz的电化学交流阻抗谱，结果如图3所示，从高频处圆弧的直径可以获得电子转移电阻(Ret)。曲线a（ZnONR/CILE）近似为一条直线，表明其电阻值为0 Ω，曲线b（Nafion/Mb-ZnONR/CILE）的电阻值为21 Ω，曲线d（Nafion/Mb/CILE）的电阻值为178 Ω，两者对比可知，不导电的Mb分子的存在增大了电子转移的界面电阻，而ZnONR具有良好的导电性使得电极界面电阻大幅度下降。曲线c（Nafion/CILE）的电阻值为53 Ω，因为Nafion不具备导电性。
四、Mb的电化学行为研究
研究了Mb在pH 3.0的PBS中扫描速度为100 mV/s的直接电化学行为，结果如图4所示。曲线a（Nafion/Mb-ZnONR/CILE）的电化学信号最强，氧化还原峰呈现出良好的对称性；曲线b（Nafion/Mb/CILE）的电化学信号明显小于曲线a，这是因为ZnONR具有比表面积大、导电性好的优点，能够加快Mb与电极间的电子传递速率，实现Mb的直接电化学。曲线c（Nafion/ZnONR/CILE）和曲线d（Nafion/CILE）上未出现氧化还原峰，表明不存在电活性物质。
此外从曲线a上可读出其氧化峰电位分别为Epa为- 0.212 V（vs. SCE），Epc为-0.148 V（vs. SCE），峰电位差△Ep为64 mV，式电位E0′为- 0.180 V（vs. SCE），Ipa/Ipc接近1，这是Mb分子电活性中心的氧化还原电对（Fe3+/Fe2+）的特征电化学行为表现。
五、扫描速度对Mb电化学行为的影响
探究了不同扫速对Mb直接电化学行为的影响，图5为修饰电极Nafion/Mb-ZnONR/CILE在0.02~1.00 V/s扫速范围内的循环伏安曲线，均出现了一对峰型良好的氧化还原峰，说明Mb在电极上的电化学行为是一个准可逆的电极反应过程。随着扫速的增加氧化还原峰电流逐渐增大，氧化还原峰电位开始发生偏移。峰电位与扫速的对数呈良好的线性关系，Epa（mV）= 0.039•lnʋ（V/s）- 0.091（n = 11，γ = 0.990），Epc（mV）= - 0.047•lnʋ（V/s）-0.29（n = 11，γ = 0.998）。根据Laviron理论，即准可逆薄层电化学过程的计算公式推导出：反应转移电子数n = 1.19，电子传递系数α = 0.46。根据反应速率常数公式计算出：反应速率常数ks = 1.26 s-1。
在此范围内，扫速与氧化还原峰电流值也呈良好的线性关系，Ipa（µA）= -143.60•ʋ（V/s）- 10.68（n = 19，γ = 0.994），Ipc（µA）= 153.67•ʋ（V/s）+ 14.58（n = 19，γ = 0.997）；表明Mb在电极上的电化学行为是薄层电化学行为。由吸附公式Q = nAFΓ*（Q为电荷量，n为电极反应中的电子转移个数，A为电极的表观面积，F是法拉第常数，Γ*为电活性物质在电极的表面覆盖度），得到Γ*为3.41×10-9 mol/cm2。
六、pH对Mb电化学信号行为的影响
研究PBS的pH对实施例1的Nafion/Mb-ZnONR/CILE直接电化学行为的影响，选取pH范围为3.0~8.0。结果如图6所示，随着缓冲溶液pH的增大，Mb的氧化还原峰电位均发生负移，式电位（E0′）与pH值大小呈良好的线性关系，E0′（V）= - 0.050 pH - 0.11（n = 5，γ =0.992），由方程斜率可知式电位随着一个单位的pH增加而加大- 0.050 V，稍小于298 K温度条件下可逆体系中的理论值（- 0.059 V/pH）；因而推导判断出肌红蛋白在修饰电极上同时发生的是一个电子和一个质子转移过程，即：Mb Fe（Ⅲ）+ H+ + e Mb Fe（Ⅱ）。
七、Nafion/Mb-ZnONR/CILE对NaNO2电催化还原
研究本发明实施例1的Nafion/Mb-ZnONR/CILE在pH 3.0的PBS缓冲液中电催化还原NaNO2的效果，结果如图7所示。随着NaNO2浓度的不断加大，观察到氧化峰电流（Ipa）逐渐减小甚至消失，而在- 0.626 V（vs. SCE）处出现一个还原峰，且其电流值逐渐增大。当NaNO2浓度在0.10~2.60 mmol/L范围内时，其还原峰电流与浓度呈良好的线性关系，当浓度上升至2.60 mmol/L时达到平衡稳定电流，这是Michaelis-Menten动力学过程的特征表现。通过双倒数作图得到：1/Iss（μA）= 0.0050•1/C（mmol/L）+ 0.0098（n = 9，γ = 0.993），计算得出修饰电极对NaNO2催化反应的表观米氏常数值（KM app）为0.51 mmol/L，检出限为0.033mmol/L（3σ）。结果表明ZnONR良好的表面吸附能力和大比表面积提升了修饰电极的灵敏度，固定了更多的Mb分子在电极表面使得酶和底物间的亲合力大大增强，对NaNO2表现出良好的催化性能。
综上所述，本发明以CILE为基底电极，将ZnONR和Mb混合液修饰于基底电极之上，进一步以Nafion为保护膜，制得基于氧化锌纳米棒与肌红蛋白的电化学传感器（Nafion/Mb-ZnONR/CILE）。由于ZnONR优良的导电性和生物相容性，Mb在复合膜内仍保持其电活性。在pH 3.0 PBS缓冲液中的扫描循环伏安曲线，结果呈现为一对良好的氧化还原峰，表明Mb在复合膜中的直接电子转移过程得以实现，ZnO纳米棒与Mb分子之间相互作用为其电子转移提供了快速通道。ZnONR的棒状结构及相互交错使其展现出较大的比表面积，可以固定更多Mb分子，并有利于电子沿着棒传递，因此修饰电极对NaNO2表现出良好的电催化能力，线性范围宽，检测限低，响应快速。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (7)

1.基于氧化锌纳米棒与肌红蛋白的电化学传感器件的制备与分析应用，其特征在于，包括以下步骤：
(ⅰ) 称取质量为1.0~2.0 g石墨粉与0.5~1.0 g离子液体于研钵中充分研磨使混合均匀，将其填入玻璃电极管中压实，内插铜丝作为导线，得到基底电极(CILE)；
(ⅱ) 取6~10 μL氧化锌纳米棒与肌红蛋白混合液涂于基底电极表面（其中ZnONR浓度为0.5~2.0 mg/mL，Mb浓度为10.0~20.0 mg/mL），室温条件下自然晾干，得到Mb-ZnONR/CILE；
(ⅲ) 取4~6 μL 0.3~0.7% Nafion乙醇溶液滴涂在Mb-ZnONR/CILE表面，室温下晾干后，得到氧化锌纳米棒与肌红蛋白修饰电极(Nafion/Mb-ZnONR/CILE)。
2.根据权利要求1所述的基于氧化锌纳米棒与肌红蛋白的电化学传感器件的制备，其特征在于，所述(ⅰ)步骤中，石墨粉与离子液体称取质量分别为1.60 g和0.80 g。
3.根据权利要求1所述的基于氧化锌纳米棒与肌红蛋白的电化学传感器件的制备，其特征在于，所述(ⅱ)步骤中，滴涂的混合液中氧化锌纳米棒的浓度为0.5 mg/mL，肌红蛋白的浓度为15.0 mg/mL。
4.根据权利要求1所述的基于氧化锌纳米棒与肌红蛋白的电化学传感器件的制备，其特征在于，所述(ⅱ)步骤中，氧化锌纳米棒与肌红蛋白混合液滴涂的体积为8 μL。
5.根据权利要求1所述的基于氧化锌纳米棒与肌红蛋白的电化学传感器件的制备，其特征在于，所述(ⅲ)步骤中，Nafion乙醇溶液的体积浓度为0.5%，滴涂体积为6 μL。
6.权利要求1所制备的基于氧化锌纳米棒与肌红蛋白的电化学传感器件应用于对亚硝酸钠的检测。
7.权利要求6所述的基于氧化锌纳米棒与肌红蛋白的电化学传感器件的检测环境为在pH = 3.0的磷酸盐缓冲溶液中。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108950735A (zh) * 2018-06-07 2018-12-07 海南师范大学 一种静电纺丝法制备碳纳米纤维-羟基磷灰石复合材料的方法及其修饰电极的制备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104237337A (zh) * 2014-09-25 2014-12-24 普旭力 一种生物传感器敏感膜及其制备方法与用途
CN105784825A (zh) * 2016-05-27 2016-07-20 海南师范大学 一种基于单壁碳纳米角修饰电极的电化学酶传感器制备及应用
CN106645347A (zh) * 2016-11-25 2017-05-10 海南师范大学 一种基于血红蛋白‑纳米钯‑石墨烯复合材料的电化学生物传感器件的制备及其应用研究
CN107037104A (zh) * 2017-05-15 2017-08-11 海南师范大学 一种基于石墨烯量子点修饰电极的蛋白质电化学传感器件及其制备与应用
CN107941879A (zh) * 2017-11-16 2018-04-20 海南师范大学 一种金纳米笼和肌红蛋白修饰电极的制备方法及其应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104237337A (zh) * 2014-09-25 2014-12-24 普旭力 一种生物传感器敏感膜及其制备方法与用途
CN105784825A (zh) * 2016-05-27 2016-07-20 海南师范大学 一种基于单壁碳纳米角修饰电极的电化学酶传感器制备及应用
CN106645347A (zh) * 2016-11-25 2017-05-10 海南师范大学 一种基于血红蛋白‑纳米钯‑石墨烯复合材料的电化学生物传感器件的制备及其应用研究
CN107037104A (zh) * 2017-05-15 2017-08-11 海南师范大学 一种基于石墨烯量子点修饰电极的蛋白质电化学传感器件及其制备与应用
CN107941879A (zh) * 2017-11-16 2018-04-20 海南师范大学 一种金纳米笼和肌红蛋白修饰电极的制备方法及其应用

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUIQIONG YAN等: "Direct electrochemistry of myoglobin on TiO2 and alginate composite modified carbon ionic liquid electrode via the electrodeposition method", 《J SOLID STATE ELECTROCHEM》 *
LIJUN YAN等: "direct electrochemistry of myoglobin on graphene and zinc oxide nanorods composite modified electrode and its electrocatalysis", 《SENSOR LETTERS》 *
WEI SUN等: "Fabrication of graphene–platinum nanocomposite for the direct electrochemistry and electrocatalysis of myoglobin", 《MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING C》 *
ZHANG, CHENG-LIN等: "Fabrication of ZnO Nanorod Modified Electrode and Its Application to the Direct Electrochemical Determination of Hemoglobin and Cytochrome c", 《CHINESE JOURNAL OF CHEMISTRY》 *
牛庆娟等: "Nafion/Mb-纳米Co3O4-纳米Au/CILE 的制备与直接电化学", 《第十一届全国电分析化学会议论文摘要（1）》 *
郑雯: "几种新型纳米材料修饰电极的制备及其在电化学生物传感器中的应用", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108950735A (zh) * 2018-06-07 2018-12-07 海南师范大学 一种静电纺丝法制备碳纳米纤维-羟基磷灰石复合材料的方法及其修饰电极的制备

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