CN111189898A - 一种半乳糖光电化学传感电极以及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半乳糖光电化学传感电极，该电极包括：FTO导电玻璃；生长在FTO导电玻璃表面的二氧化钛纳米棒阵列；修饰在二氧化钛纳米棒阵列表面的半乳糖氧化酶。其中，二氧化钛纳米棒阵列是原位生长在FTO导电玻璃表面的，相比于涂覆方法结合更稳固，且纳米棒阵列结构有利于增大与酶活性部位的接触面积，提升电子转移速率。本发明提供的半乳糖光电化学传感电极可实现半乳糖氧化酶的直接电子转移，将其用于半乳糖的光电化学检测可有效提高检测灵敏度，灵敏度可达4μAmM‑1，线性区间为10‑1000μM，检出限为8μM。此外，该半乳糖光电化学传感电极在半乳糖的检测中，具有优良的选择性，不受氯化钙、尿酸和抗坏血酸的干扰。

Description

一种半乳糖光电化学传感电极以及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及光电化学分析技术领域。更具体地，涉及一种半乳糖光电化学传感电极及其制备方法和应用。
背景技术
作为一种广泛存在于生物体内的单糖，半乳糖不仅是重要的能量代谢物质，而且可以参与构成二糖、多糖、糖蛋白、糖脂等多种生物分子。人体经过消化过程产生的半乳糖，大部分会随血液进入肝脏，少部分进入其它器官。在医学上可以通过检测半乳糖来反映肝脏的代谢功能状况，比如酒精会导致肝脏对半乳糖的代谢紊乱。半乳糖的代谢紊乱会危害人体的健康，特别对新生儿更是致命的。因此，开发简便高效的半乳糖检测方法具有重要的实用价值。
近些年来，有关半乳糖的分析检测方法主要有比色法、荧光法、色谱法、电化学法等。其中电化学分析法具有检测灵敏、成本较低、装置易于小型化等优点。特别是为了增强电化学检测的选择性，通常在工作电极表面修饰与检测物相对应的氧化还原酶。酶修饰电极的发展已经历三个阶段：第一代酶修饰电极依赖氧气参与氧化还原过程；第二代酶修饰电极用电子介体代替氧气；第三代则通过在电极上构建特定结构的材料实现酶与电极间的直接电子转移。直接电子转移的方式可以避免前两代酶修饰电极在电子介体溶解性与扩散性方面的局限。
近些年来已开发出一些有关基于直接电子转移原理的酶修饰电极的电化学分析方法。不过，相对于前两代酶修饰电极，直接电子转移模式在检测灵敏度方面还有进一步提升的空间。光电化学分析法为解决这一问题提供了新的思路。光电化学分析是在传统电化学分析装置的基础上引入光源，电极材料受光照后产生光电流，被电化学工作站检测出相应电信号。这种方法将信号的产生与检测分开控制，便于实时调整信号强度，有利于提高检测灵敏度。同时，相比于传统的光学分析法，光电化学分析的装置更易于小型化，成本也较低。
因此，本发明提供了一种基于酶直接电子转移的半乳糖传感电极，可采用光电化学分析方法检测半乳糖。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种半乳糖光电化学传感电极，该半乳糖光电化学传感电极可以实现半乳糖氧化酶的直接电子转移，将其应用于半乳糖的光电化学检测可有效提高半乳糖检测的灵敏度，并且可以实现较低的检出限。
本发明的第二个目的在于提供一种半乳糖光电化学传感电极的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供一种半乳糖的光电化学检测方法。
为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：
一种半乳糖光电化学传感电极，包括：
氟掺杂氧化锡(FTO)导电玻璃；
原位生长在所述FTO导电玻璃表面的二氧化钛纳米棒阵列；
修饰在所述二氧化钛纳米棒阵列表面的半乳糖氧化酶。
所述二氧化钛纳米棒阵列的厚度为4-5μm，纳米棒的直径为10-20nm。
本发明通过提供下述技术方案来提供一种半乳糖光电化学传感电极的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
a)提供二氧化钛纳米棒阵列修饰电极，所述二氧化钛纳米棒阵列修饰电极包括FTO导电玻璃和原位生长在所述FTO导电玻璃表面的二氧化钛纳米棒阵列；
b)将半乳糖氧化酶溶于缓冲液，与全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物(Nafion)溶液混合后涂覆在所述二氧化钛纳米棒阵列修饰电极表面，干燥后再用前述缓冲液洗涤，干燥，得半乳糖光电化学传感电极。
所述缓冲液为pH＝7的2-(N-吗啡啉)乙磺酸(MES)缓冲液，其物质的量浓度为10mM。
所述半乳糖氧化酶溶液的质量分数为1％，所述Nafion溶液的质量分数为5％。
所述半乳糖氧化酶溶液和所述Nafion溶液的体积比为9：1。
所述二氧化钛纳米棒阵列修饰电极是按照以下方法制备得到：
1)将四氯化钛在搅拌状态下加入到0～4℃的盐酸溶液中，加入氨水溶液，过滤沉淀，用去离子水洗涤沉淀，加入双氧水溶液溶解沉淀，再加水得过氧化钛溶液；
2)取上述过氧化钛溶液，加入到盐酸溶液中，得到生长液；
3)将FTO导电玻璃在去离子水中超声清洗15min，用乙醇和去离子水冲洗干净，然后吹干。将FTO导电玻璃浸入生长液中，加热进行二氧化钛纳米棒阵列的生长，洗涤、干燥后得到二氧化钛纳米棒阵列修饰电极。
步骤1)中，盐酸溶液质量分数为0.6％，氨水溶液质量分数为5％；双氧水溶液质量分数为30％；所述四氯化钛、盐酸溶液、氨水溶液、双氧水溶液和水的体积比为11：2000：200：60：400；
步骤2)中，过氧化钛溶液的物质的量浓度为0.2M，盐酸溶液的物质的量浓度为4.8M；过氧化钛溶液与盐酸溶液的体积比为4：21；
步骤3)中，二氧化钛纳米棒阵列的生长温度为90～100℃，优选为95℃；生长时间为20～40h，优选为30h。
本发明的第三个目的是提供一种半乳糖的光电化学检测方法，包括以下步骤：
Ⅰ)向电解质溶液中加入半乳糖测试液，在紫外光的辐照下采用如权利要求1～2任一项所述的电极作为工作电极对加入半乳糖测试液的电解质溶液进行电化学检测，获得光电流信号；
Ⅱ)根据所述光电流信号计算得到所述半乳糖测试液中的半乳糖含量。
优选地，步骤Ⅰ)中，紫外光的波长为365nm，光照强度为0.2Wcm-2；所述光电化学检测的电压为0.2V；所述工作电极面积为0.5cm2。
本发明的有益效果如下：
与现有技术相比，本发明提供了一种半乳糖光电化学传感电极及其制备方法和应用。本发明提供的半乳糖光电化学传感电极包括：FTO导电玻璃、原位生长在FTO导电玻璃表面的二氧化钛纳米棒阵列、修饰在二氧化钛纳米棒阵列表面的半乳糖氧化酶。二氧化钛纳米棒阵列是原位生长在FTO导电玻璃表面的，相比于涂覆方法结合更稳固，且二氧化钛纳米棒阵列结构有利于增大其与酶活性部位的接触面积，提升电子转移速率。本发明提供的半乳糖光电化学传感电极可以实现半乳糖氧化酶的直接电子转移，将其应用于半乳糖的光电化学检测可有效提高半乳糖检测的灵敏度，并且可以实现较低的检出限。实验结果表明：本发明提供的半乳糖光电化学传感电极应用于半乳糖的检测时，检测灵敏度可达4μAmM-1，线性区间为10-1000μM，检出限为8μM。此外，该半乳糖光电化学传感电极在半乳糖的检测中，具有优良的选择性，不受氯化钙、尿酸和抗坏血酸的干扰。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出实施例1中FTO导电玻璃(a)与二氧化钛纳米棒阵列修饰电极(b)的XRD图。
图2示出实施例1中二氧化钛纳米棒阵列的SEM(A)和TEM(B)图。
图3示出实施例2中二氧化钛纳米棒阵列修饰电极(a)与半乳糖光电化学传感电极(b)在10mM MES缓冲液(pH＝7)中扫描速度为10mV/s的循环伏安图。
图4示出实施例3中半乳糖光电化学传感电极在加有不同浓度半乳糖溶液的10mMMES缓冲液(pH＝7)中的光电响应图，外加电压为0.2V，光照强度为0.2Wcm-2。
图5示出实施例3中半乳糖光电化学传感电极在10mM MES缓冲液(pH＝7)中光电流值与半乳糖浓度的关系图，其中内部为局部放大图。
图6示出实施例4中半乳糖光电化学传感电极在10mM MES缓冲液(pH＝7)中分别对0.2mM的半乳糖溶液(a)和含0.2mM半乳糖、20μM氯化钙、0.2μM尿酸和0.2μM抗坏血酸的混合溶液(b)的光电响应图，外加电压为0.2V，光照强度为0.2Wcm-2。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明提供了一种半乳糖光电化学传感电极，包括：
FTO导电玻璃；
原位生长在所述FTO导电玻璃表面的二氧化钛纳米棒阵列；
修饰在所述二氧化钛纳米棒阵列表面的半乳糖氧化酶。
本发明提供的半乳糖光电化学传感电极包括FTO导电玻璃、二氧化钛纳米棒阵列和半乳糖氧化酶。在本发明中，所述二氧化钛纳米棒阵列原位生长在所述FTO导电玻璃表面，相比于涂覆方法结合的更稳固。
在具体的实施方式中，所述二氧化钛纳米棒阵列的厚度为4-5μm，纳米棒的直径为10-20nm。
在本发明中，半乳糖氧化酶修饰在二氧化钛纳米棒阵列结构的表面，半乳糖氧化酶与二氧化钛纳米棒之间可以进行直接电子转移，且二氧化钛纳米棒阵列结构有利于增大其与酶活性部位的接触面积，提升电子转移速率，将其应用于半乳糖的光电化学检测可有效提高半乳糖检测的灵敏度，并且可以实现较低的检出限。
本发明第二个方面还提供了上述传感电极的制备方法，包括以下步骤：
a)提供二氧化钛纳米棒阵列修饰电极，所述二氧化钛纳米棒阵列修饰电极包括FTO导电玻璃和原位生长在所述FTO导电玻璃表面的二氧化钛纳米棒阵列；
b)将半乳糖氧化酶溶于缓冲液，与Nafion溶液混合后涂覆在所述二氧化钛纳米棒阵列修饰电极表面，干燥后再用前述缓冲液洗涤，干燥，得半乳糖光电化学传感电极。
在具体的实施方式中，在半乳糖光电化学传感电极的制备过程中，所使用的缓冲液为pH＝7的2-(N-吗啡啉)乙磺酸(MES)缓冲液，其物质的量浓度为10mM。在本发明中，MES为2-(N-吗啡啉)乙磺酸的简称。
在具体的实施方式中，所述半乳糖氧化酶溶液的质量分数为1％，所述全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物(Nafion)溶液的质量分数为5％，在本发明中，Nafion为全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物的商品名称。
在具体的实施方式中，先称取一定质量的半乳糖氧化酶，溶于MES缓冲液，然后加入Nafion溶液，混合均匀后，滴涂在二氧化钛纳米棒阵列修饰电极上，然后将其置于冰箱冷藏室内，完全干燥后再用MES缓冲液冲洗，再次置于冰箱冷藏室内至完全干燥备用。
以本发明所制备的电极为工作电极，铂丝为对电极，饱和银/氯化银电极为参比电极，以10mM的MES缓冲液(pH＝7)为电解质溶液。向溶液中通氮气半小时后，扫描循环伏安曲线，可扫出一组氧化还原峰，与半乳糖氧化酶的氧化还原电位一致。而未修饰半乳糖氧化酶的电极在该电压范围内未扫出氧化还原峰，这说明半乳糖氧化酶在本发明所制备的电极上可以进行直接电子转移。
在本发明提供的制备方法中，首先提供二氧化钛纳米棒阵列修饰电极，所述二氧化钛纳米棒阵列修饰电极包括FTO导电玻璃和原位生长在所述FTO导电玻璃表面的二氧化钛纳米棒阵列，所述二氧化钛纳米棒阵列修饰电极按照以下方法制备：
1)将四氯化钛在搅拌状态下加入到0～4℃的盐酸溶液中，加入氨水溶液，过滤沉淀；用去离子水洗涤沉淀，加入双氧水溶液溶解沉淀，再加水得过氧化钛溶液；
2)取上述过氧化钛溶液，加入到盐酸溶液中，得到生长液；
3)将FTO导电玻璃在去离子水中超声清洗15min，用乙醇和去离子水冲洗干净，然后吹干。将FTO导电玻璃浸入生长液中，加热进行二氧化钛纳米棒阵列的生长，洗涤、干燥后得到二氧化钛纳米棒阵列修饰电极。
在具体的实施方式中，步骤1)中，得到的沉淀为白色沉淀，经水洗涤，加入双氧水溶液，沉淀溶解，会得到透明的橙黄色的过氧化钛溶液。
在具体的实施方式中，步骤1)中，盐酸溶液质量分数为0.6％，氨水溶液质量分数为5％；双氧水溶液质量分数为30％；所述四氯化钛、盐酸溶液、氨水溶液、双氧水溶液和水的体积比为11：2000：200：60：400。
在具体的实施方式中，步骤2)中，过氧化钛溶液的物质的量浓度为0.2M，盐酸溶液的物质的量浓度为4.8M；过氧化钛溶液与盐酸溶液的体积比为4：21。
在具体的实施方式中，二氧化钛纳米棒阵列的生长温度为90～100℃，生长时间为20～40h。
在优选的实施方式中，二氧化钛纳米棒阵列的生长温度为95℃，生长时间为30h。
本发明第三个方面提供了一种半乳糖的光电化学检测方法，包括以下步骤：
Ⅰ)向电解质溶液中加入半乳糖测试液，在紫外光的照射下采用如权利要求1～2任一项所述的电极作为工作电极对加入半乳糖测试液的电解质溶液进行电化学检测，获得光电流信号；
Ⅱ)根据所述光电流信号计算得到所述半乳糖测试液中的半乳糖含量。
在发明提供的半乳糖光电化学检测方法中，将待检测的半乳糖测试液加入到电解质溶液中，然后在紫外光的照射下，所述半乳糖光电化学传感电极作为工作电极对加入半乳糖测试液的电解质溶液进行电化学检测，可获得光电流信号。其中，所述电解质溶液为pH＝7的浓度为10mM的MES缓冲液；所述紫外光的波长为365nm，光照强度为0.2Wcm-2；所述光电化学检测的电压为0.2V；所述工作电极面积为0.5cm2。本发明提供的半乳糖检测方法中，采用三电极体系进行光电化学检测。其中三电极体系的工作电极为半乳糖光电化学传感电极，对电极优选为铂电极、参比电极优选为饱和银/氯化银电极。
在本发明中，获得光电流信号后，根据所述半乳糖测试液的光电流与半乳糖检测工作曲线的对应关系可计算得到电解质溶液中的半乳糖含量。在本发明中，可通过如下方式绘制半乳糖检测的工作曲线：向电解质溶液中加入不同浓度的半乳糖溶液并记录其光电流信号，之后绘制半乳糖溶液浓度与光电流结果之间的曲线，即半乳糖检测工作曲线。
本发明提供的半乳糖检测方法以所述电极作为工作电极对样品进行测试，可有效提高半乳糖检测的灵敏度，并且可以实现较低的检出限。本发明提供的半乳糖检测方法有助于优化半乳糖传感电极的适用性，有着良好的研究价值和应用前景。实验结果表明：本发明提供的半乳糖光电化学传感电极应用于半乳糖的检测时，检测灵敏度可达4μAmM-1，线性区间为10-1000μM，检出限为8μM。
为更清楚起见，下面通过实施例进行详细说明。
实施例1
二氧化钛纳米棒阵列修饰电极的制备与表征
1，过氧化钛溶液的制备：将5.5mL的四氯化钛在磁力搅拌下滴加到0℃的质量分数为0.6％的1L盐酸溶液中，得到无色透明溶液；滴加质量分数为5％的100mL氨水溶液，得到白色沉淀；将白色沉淀用去离子水洗涤六次，然后加入质量分数为30％的30mL双氧水溶解所得沉淀，得到透明的橙黄色过氧化钛溶液，随后加水200mL。
2，制备生长液：取8mL上述过氧化钛溶液，加入到物质的量浓度为4.8M的盐酸42mL，得到生长液。
3，二氧化钛纳米棒阵列修饰电极的制备：将FTO导电玻璃在去离子水中超声清洗15min，用乙醇和去离子水冲洗干净，然后吹干。将干净的FTO导电玻璃置于上述生长液中，95℃保持30h后，取出FTO导电玻璃，用蒸馏水冲洗干净，室温下自然干燥，得到二氧化钛纳米棒阵列修饰电极，其X射线衍射(XRD)图(图1(b))与FTO导电玻璃的XRD图(图1(a))相比较，可观察到金红石相二氧化钛(101)与(002)晶面对应的衍射峰。生长在FTO导电玻璃表面的二氧化钛纳米棒阵列的扫描电镜(SEM)图如图2(A)所示，将二氧化钛纳米棒从FTO表面剥离后，其透射电镜(TEM)图如图2(B)所示，呈明显的纳米棒束形貌。
实施例2
半乳糖光电化学传感电极的制备及循环伏安测试
称取10mg的半乳糖氧化酶，溶于pH＝7的1mL 10mM的MES缓冲液中，取其中的180μL与20μL质量分数为5％的Nafion溶液混合均匀后，滴涂在实施例1制备的二氧化钛纳米棒阵列修饰电极表面。然后将其置于冰箱冷藏室内，完全干燥后再用MES缓冲液冲洗，再次置于冰箱冷藏室内至完全干燥。
以所制备的半乳糖光电化学传感电极为工作电极，铂丝为对电极，饱和银/氯化银电极为参比电极，以10mM的MES缓冲液(pH＝7)为电解质溶液组成光电化学检测池。向溶液中通氮气半小时后，在-0.2～0.4V电压范围内，以10mV/s的速度扫描循环伏安图(图3(b))，可扫出一组氧化还原峰，与半乳糖氧化酶的氧化还原电位一致。而未修饰半乳糖氧化酶的电极(图3(a))在该电压范围内未扫出氧化还原峰，这说明半乳糖氧化酶在本发明所制备的电极上可以进行直接电子转移。
实施例3
半乳糖光电化学传感电极用于检测半乳糖
以实施例2制备得到的半乳糖光电化学传感电极为工作电极(工作电极面积为0.5cm2)，铂丝为对电极，饱和银/氯化银电极为参比电极，以10mM的MES缓冲液(pH＝7)为电解质溶液组成光电化学检测池。
向半乳糖光电化学传感电极施加0.2V的电压进行计时电流曲线的测试，待背景电流趋于平稳后，在50s处，用紫外辐照计(波长为365nm)从正面照射工作电极(光照强度为0.2Wcm-2)，电流突跃趋于平稳后，在80s处关闭光照，可以发现电流突降至背景值。分别测试当电解质溶液不含有半乳糖，以及加入浓度分别为10μM、20μM、40μM、60μM、80μM、100μM、200μM、400μM、600μM、800μM、1000μM的待测半乳糖测试液时的计时电流曲线，得到的部分计时电流曲线如图4所示。由此可以得到半乳糖溶液浓度与光电流结果之间的曲线，其结果如图5所示。结果表明，本发明提供的半乳糖光电化学传感电极应用于半乳糖的检测时，检测灵敏度可达4μAmM-1，线性区间为10-1000μM，检出限为8μM。
实施例4
半乳糖光电化学传感电极检测半乳糖的抗干扰实验
以实施例2制备得到的半乳糖光电化学传感电极为工作电极(工作电极面积为0.5cm2)，铂丝为对电极，饱和银/氯化银电极为参比电极，以10mM的MES缓冲液(pH＝7)为电解质溶液组成光电化学检测池。
向半乳糖光电化学传感电极施加0.2V的电压进行计时电流曲线的测试，待背景电流趋于平稳后，在50s处，用紫外辐照计(波长为365nm)从正面照射工作电极(光照强度为0.2Wcm-2)，电流突跃趋于平稳后，80s处关闭光照，可以发现电流突降至背景值。
向光电化学检测池中加入0.2mM的半乳糖溶液，所得计时电流曲线如图6(a)所示；向光电化学检测池中加入含0.2mM半乳糖、20μM氯化钙、0.2μM尿酸和0.2μM抗坏血酸的混合溶液，所得计时电流曲线如图6(b)所示。可以发现，计时电流曲线6(a)和6(b)重合，这表明该浓度下的氯化钙、尿酸和抗坏血酸对半乳糖的检测无干扰，所制备的半乳糖氧化酶修饰电极对半乳糖的检测具有选择性。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种半乳糖光电化学传感电极，包括：
FTO导电玻璃；
原位生长在所述FTO导电玻璃表面的二氧化钛纳米棒阵列；
修饰在所述二氧化钛纳米棒阵列表面的半乳糖氧化酶。
2.根据权利要求1所述的半乳糖光电化学传感电极，其特征在于，所述二氧化钛纳米棒阵列的厚度为4-5μm，纳米棒的直径为10-20nm。
3.一种如权利要求1所述的半乳糖光电化学传感电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)提供二氧化钛纳米棒阵列修饰电极，所述二氧化钛纳米棒阵列修饰电极包括FTO导电玻璃和原位生长在所述FTO导电玻璃表面的二氧化钛纳米棒阵列；
b)将半乳糖氧化酶溶于缓冲液，与Nafion溶液混合后涂覆在所述二氧化钛纳米棒阵列修饰电极表面，干燥后再用前述缓冲液洗涤，干燥，得半乳糖光电化学传感电极。
4.根据权利要求3所述的半乳糖光电化学传感电极的制备方法，其特征在于，所述缓冲液为pH＝7的2-(N-吗啡啉)乙磺酸(MES)缓冲液，其物质的量浓度为10mM。
5.根据权利要求3所述的半乳糖光电化学传感电极的制备方法，其特征在于，所述半乳糖氧化酶溶液的质量分数为1％，所述Nafion溶液的质量分数为5％；所述半乳糖氧化酶溶液和所述Nafion溶液的体积比为9：1。
6.根据权利要求3所述的半乳糖光电化学传感电极的制备方法，其特征在于，所述二氧化钛纳米棒阵列修饰电极是按照以下方法制备得到：
1)将四氯化钛在搅拌状态下加入到0～4℃的盐酸溶液中，加入氨水溶液，过滤沉淀，用去离子水洗涤沉淀，加入双氧水溶液溶解沉淀，再加水得过氧化钛溶液；
2)取上述过氧化钛溶液，加入到盐酸溶液中，得到生长液；
3)将FTO导电玻璃在去离子水中超声清洗15min，用乙醇和去离子水冲洗干净，然后吹干。将FTO导电玻璃浸入生长液中，加热进行二氧化钛纳米棒阵列的生长，洗涤、干燥后得到二氧化钛纳米棒阵列修饰电极。
7.根据权利要求6所述的半乳糖光电化学传感电极的制备方法，其特征在于，步骤1)中，盐酸溶液质量分数为0.6％，氨水溶液质量分数为5％，双氧水溶液质量分数为30％；所述四氯化钛、盐酸溶液、氨水溶液、双氧水溶液和水的体积比为11：2000：200：60：400；
步骤2)中，过氧化钛溶液的物质的量浓度为0.2M，盐酸溶液的物质的量浓度为4.8M；过氧化钛溶液与盐酸溶液的体积比为4：21。
8.根据权利要求6所述的半乳糖光电化学传感电极的制备方法，其特征在于，步骤3)中，二氧化钛纳米棒阵列的生长温度为90～100℃，优选为95℃；生长时间为20～40h，优选为30h。
9.一种半乳糖的光电化学检测方法，包括以下步骤：
Ⅰ)向电解质溶液中加入半乳糖测试液，在紫外光的辐照下采用如权利要求1～2任一项所述的电极作为工作电极对加入半乳糖测试液的电解质溶液进行光电化学检测，获得光电流信号；
Ⅱ)根据所述光电流信号计算得到所述半乳糖测试液中的半乳糖含量。
10.根据权利要求9所述的半乳糖的光电化学检测方法，其特征在于，步骤Ⅰ)中，紫外光的波长为365nm，光照强度为0.2Wcm-2；所述光电化学检测的电压为0.2V；所述工作电极面积为0.5cm2。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101559979A (zh) * 2009-05-22 2009-10-21 东华大学 一种超细锐钛矿相二氧化钛纳米棒的制备方法
CN102863638A (zh) * 2011-07-08 2013-01-09 中国科学院理化技术研究所 基于TiO2的有机/无机复合光催化柔性薄膜的低温制备方法
CN106290875A (zh) * 2016-08-10 2017-01-04 河南大学 以三重改性的TiO2纳米线阵列为支架的电化学免疫传感器的构建方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101559979A (zh) * 2009-05-22 2009-10-21 东华大学 一种超细锐钛矿相二氧化钛纳米棒的制备方法
CN102863638A (zh) * 2011-07-08 2013-01-09 中国科学院理化技术研究所 基于TiO2的有机/无机复合光催化柔性薄膜的低温制备方法
CN106290875A (zh) * 2016-08-10 2017-01-04 河南大学 以三重改性的TiO2纳米线阵列为支架的电化学免疫传感器的构建方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MULUGETA B. WAYU ET.AL: "Functionalized carbon nanotube adsorption interfaces for electron transfer studies of galactose oxidase", 《BIOELECTROCHEMISTRY》 *
OZLEM SAGLAM ET.AL: "Fabrication of Photoelectrochemical Glucose Biosensor in Flow Injection Analysis System Using ZnS/CdS-Carbon Nanotube Nanocomposite Electrode", 《ELECTROANALYSIS》 *
QINGHUI ZENG ET.AL: "Low-temperature and normal-pressure growth of oriented rutile TiO2 nanorod arrays on F-doped tin oxide substrate", 《SCRIPTA MATERIALIA》 *

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