CN112858433B - 固-液-气三相生物酶光电阴极 - Google Patents

固-液-气三相生物酶光电阴极 Download PDF

Info

Publication number
CN112858433B
CN112858433B CN202110026072.3A CN202110026072A CN112858433B CN 112858433 B CN112858433 B CN 112858433B CN 202110026072 A CN202110026072 A CN 202110026072A CN 112858433 B CN112858433 B CN 112858433B
Authority
CN
China
Prior art keywords
micro
enzyme
nano material
photocathode
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110026072.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112858433A (zh
Inventor
封心建
王兆红
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Biomimetic Materials Science And Engineering Center
Original Assignee
Suzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou University filed Critical Suzhou University
Priority to CN202110026072.3A priority Critical patent/CN112858433B/zh
Publication of CN112858433A publication Critical patent/CN112858433A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112858433B publication Critical patent/CN112858433B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3275—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction
    • G01N27/3278—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction involving nanosized elements, e.g. nanogaps or nanoparticles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/36—Glass electrodes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

本发明涉及一种固‑液‑气三相生物酶光电阴极，包括微/纳米材料，其材质包括p型半导体材料；所述微/纳米材料具有若干用于氧气的富集和传输的间隙；疏水层，其修饰于所述微/纳米材料的表面，疏水层材质包括低表面能物质；能够与待测物质反应生成过氧化氢的生物酶，所述生物酶修饰于所述疏水的微/纳材料的表面。该电极具有固‑液‑气三相反应体系，三相界面可以使氧气快速、连续地通过气穴输送到反应表面，使界面的氧气水平依赖于气相，从而使背景电流保持恒定。同时也解决了传统两相中酶催化反应因氧气供应不足引起的酶反应动力学受限问题，提高了检测的线性范围。

Description

固-液-气三相生物酶光电阴极
技术领域
本发明涉及一种电极，尤其涉及一种固-液-气三相生物酶光电阴极。
背景技术
基于光电化学较高的灵敏度和较低的背景噪声以及酶反应良好的选择性，兼具两者优点的光电化学生物测定系统的应用越来越广泛。在传统的以氧化酶为基础的光电化学生物测定系统中，氧化酶氧化其底物(分析物)，产生一定量的过氧化氢，过氧化氢既可以被光生空穴氧化也可以被光生电子还原。目前，大多数光电化学检测工作都是基于n型半导体，但由于光阳极光生空穴的氧化活性高，不仅过氧化氢会被氧化，生物溶液中大量的内源性/外源性物质也易被氧化(如，对乙酰氨基酚，抗坏血酸，多巴胺等)，会产生相应的电流，对要检测的物质造成大量的干扰，导致选择性差。而p型半导体制的光阴极，用光生电子还原过氧化氢，具有良好的抗还原性物质干扰的能力，所以光电阴极酶检测技术是光电化学生物分析最新研究方向之一，具有广阔的应用前景。
然而，光电还原检测法的实际应用却受到限制，因为空气中的氧气和酶产物过氧化氢有相似的还原电位，而温度、大气压和盐浓度的变化会影响电解质溶液中氧气的溶解度，从而使还原检测的准确性受到影响。现有的光电阴极酶生物检测大都是通过阴极光电流的衰减来进行的，该电流来源于氧化酶与光电阴极之间对氧气的竞争性消耗。尽管其具有很多优点，但这种方法对氧气的依赖性严重限制了其应用。因此，开发不依赖于电解质溶液中溶解氧的光电阴极酶生物分析技术具有重要的现实意义。
CN201310652652.9公开了一种超疏水固液气三相共存的生物酶传感器及其制备方法，生物酶传感器具有表面超疏水性能的基底，具有催化过氧化氢功能的催化材料，以及能够与待测物质反应生成过氧化氢的生物酶。其是在疏水基底上修饰具有催化过氧化氢功能的金属催化材料，仅用电化学检测。文献“Adv.Funct.Mater.2018,28,1801483，Sol.RRL2020,4,1900185”是用n型半导体制备的光阳极，光激发时产生电子和空穴。电子导电，空穴氧化酶产物过氧化氢。但是空穴的氧化没有选择性，有干扰。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种固-液-气三相生物酶光电阴极，该电极具有固-液-气三相反应体系，三相界面可以使氧气快速、连续地通过气穴输送到反应表面，使界面的氧气水平依赖于气相，从而使背景电流保持恒定。同时也解决了传统两相中酶催化反应因氧气供应不足引起的酶反应动力学受限问题，提高了检测的线性范围。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种生物酶光电阴极，包括
微/纳米材料，其材质包括p型半导体材料；所述微/纳米材料具有若干用于氧气的富集和传输的间隙；
疏水层，其修饰于所述微/纳米材料表面，所述疏水层的材质包括低表面能物质；
能够与待测物质反应生成过氧化氢的生物酶，所述生物酶修饰于所述微/纳米材料的表面。
本发明中，“微/纳米材料”指的是微米级材料和/或纳米级材料。
本发明通过将p型半导体材质的微/纳米材料表面结合疏水层，使p型半导体表面具有超疏水性质。本发明直接在具有间隙的纳米线表面修饰低表面能物质，使催化剂本身具有超疏水性质，不需要使用表面具有超疏水性能的基底。当具有超疏水性质的材料浸泡到水里时，由于表面张力的作用，水不能浸入微/纳米材料内部，所以疏水的微/纳材料表面可以捕获大量的气穴，进而形成了固-液-气三相共存的界面。同时微/纳米材料中的间隙中被用于氧气的富集和传输的通道。三相界面可以使氧气快速、连续地通过气穴输送到反应表面，使界面的氧气水平依赖于气相，从而使背景电流保持恒定。同时也解决了传统两相中酶催化反应因氧气供应不足引起的酶反应动力学受限问题，提高了检测的线性范围。
进一步地，微/纳米材料还连接有基底层。微/纳米材料形成于基底层的表面。
进一步地，基底层的材质包括导电材料或半导体材料。导电材料为铜、钛、金等金属材料以及导电玻璃等非金属材料。半导体材料为硅、二氧化硅等半导体。
进一步地，微/纳米材料为零维微/纳米材料、一维微/纳米材料、二维微/纳米材料或三维微/纳米材料。
优选地，零维微/纳米材料为纳米颗粒或纳米球；一维微/纳米材料为纳米线或纳米棒；二维微/纳米材料为纳米片；三维微/纳米材料为树枝状纳米线。更优选的，纳米半导体材料为一维微/纳米材料。间隙由若干零维微/纳米材料、一维微/纳米材料、二维微/纳米材料或三维微/纳米材料形成。
进一步地，p型半导体材料为氧化亚铜、硅、氧化镍、氧化钴、三氧化二铬、硫化亚铜、硫化锡等。
进一步地，低表面能物质选自1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷(PFOTS)、十七氟癸基三甲氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷、十六烷基三氯硅烷、聚四氟乙烯、长链烷基脂肪酸和聚酰胺等中的一种或几种。
进一步地，微/纳米材料的厚度为2-16μm。
进一步地，低表面能物质和微/纳米材料的质量比值为0.1-0.3：1。
进一步地，微/纳米材料包括底部的疏水部和顶部的亲水部，所述生物酶修饰于微/纳米材料的亲水部的表面。亲水部是通过等离子体表面处理机清洗了微/纳米材料表面的部分疏水层，并且引入了一些亲水基团，如羟基，超氧离子等而形成。亲水部的设置，有助于生物酶稳定修饰在疏水的微/纳米材料的表面。未被清洗掉的另一部分疏水层则作为疏水部的一部分。
进一步地，疏水部和亲水部的高度比为2-10:1。
进一步地，生物酶包括葡萄糖氧化酶、尿酸酶、乙醇脱氢酶、抗坏血酸氧化酶。可根据待检测物的类型，选择相应的生物酶。
在本发明一具体实施例中，以p型半导体材料为氧化亚铜为例，上述生物酶光电阴极的制备方法如下：
(1)在基底层表面形成微/纳米材料：采用阳极氧化的方法在铜基底层上生长出纳米线，采用基底层作为阳极，采用碳材料作为阴极，电解质溶液为1-3M的氢氧化钠水溶液，在4-10mA cm-2电流条件下电解8-20min，在铜基底层表面形成氢氧化铜纳米线，退火后得到氧化亚铜纳米线；
(2)将氧化亚铜纳米线浸泡于含有低表面能物质的溶液中，以在氧化亚铜纳米线表面形成疏水层；
(3)采用等离子体处理经步骤(2)处理后的铜基底层，清洗位于纳米线顶部的低表面能物质并在表面引入亲水基团羟基以在氧化亚铜纳米线的上端形成亲水部，而底部为疏水部；
(4)将含有生物酶的溶液负载于亲水部的表面，形成生物酶层。
进一步地，在步骤(4)中，含有生物酶的溶液包括生物酶溶液、壳聚糖溶液、水和戊二醛。其中，生物酶溶液浓度为20-60mg mL-1，壳聚糖溶液浓度为2-10mg mL-1，生物酶溶液、壳聚糖溶液、水和戊二醛按体积比为20:10:3:1混合。
另一方面，本发明还提供了一种生物酶传感器，包括本发明的上述生物酶光电阴极。生物酶传感器中，上述生物酶光电阴极作为光电阴极。
本发明生物酶传感器用光电化学的方法检测待分析物的浓度。在光电分析系统中，激发光源作用于半导体后，光电化学产生的电信号为输出性号。与单独的电化学检测相比，光电化学有较低的背景噪音和较高的灵敏度。本发明基于光激发p型半导体产生电子和空穴，空穴导电，用电子来还原生物酶产物过氧化氢，可以很好地避免生物体内易氧化物质的干扰。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明提供了一种固-液-气三相生物酶光电阴极及基于其的生物酶传感器，将微/纳米材料与低表面能物质相结合，实现了在固-液-气三相反应界面上实现了对酶反应产物过氧化氢的光电阴极还原检测。与单独的电化学方法相比，光电化学有较低的背景噪音和较高的灵敏度。同时本发明是基于p型半导体，光激发产生电子和空穴，空穴导电，用电子来还原酶产物过氧化氢，可以很好地避免生物体内易氧化物质的干扰。在用此电极构成的三相反应体系中，氧气可以直接从气相快速的传导到反应界面，解决了用光电还原检测时，反应界面因氧气波动而引起的背景电流不稳定的问题，提高了检测准确性，同时也解决了传统两相中酶催化反应因氧气供应不足引起的酶反应动力学受限问题，提高了检测的线性范围。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细附图说明如后。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的Cu2O纳米线的扫描电镜(SEM)图片；
图2为本发明实施例1所制备的固-液-气三相生物酶光电阴极的扫描电镜(SEM)图片；
图3为用本发明实施例1所制备的固-液-气三相生物酶光电阴极和传统两相电极构建的光电分析系统在不同氧浓度下的背景电流；
图4为用本发明实施例1所制备的固-液-气三相生物酶光电阴极检测葡萄糖时加入干扰物的影响；
图5为用本发明实施例1所制备的固-液-气三相生物酶光电阴极分析系统检测葡萄糖的结果；
图6为用本发明实施例2所制备的固-液-气三相生物酶光电阴极分析系统检测葡萄糖的结果；
图7为用本发明实施例3所制备的固-液-气三相生物酶光电阴极分析系统检测葡萄糖的结果；
图8为用本发明实施例4所制备的固-液-气三相生物酶光电阴极分析系统检测葡萄糖的结果。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供了一种用于检测溶液中葡萄糖浓度的光电阴极，制备方法如下：
(1)制备前，对200目的铜网进行预处理。将剪好的铜网分别在水，乙醇，丙酮中各超声清洗15min，在80℃的烘箱中烘干。首先用阳极氧化的方法在铜网上生长出氢氧化铜纳米线。阳极为铜网，阴极为碳片，电解质溶液为3M氢氧化钠溶液，电流为6mA cm-2，电解时间为15min。然后制备好的氢氧化铜纳米线用去离子水冲洗后，置于80℃烘箱烘干后转移到马弗炉中退火得到氧化亚铜纳米线(高度为6μm)。
(2)将0.1g带有氧化亚铜纳米线的铜网浸泡在加有1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷(PFOTS)的环己烷溶液中60min，其中，环己烷溶液中，PFOTS的体积分数为0.01％。取出后，置于烘箱中加热60min，在氧化亚铜纳米线表面形成疏水层。将超疏水的氧化亚铜纳米线电极置于等离子体清洗机中，清洗位于纳米线顶部的低表面能物质并在表面引入亲水基团羟基，使氧化亚铜纳米线的顶部成为表面亲水，而底部仍为疏水的状态，即将微/纳材料的顶部形成亲水部，底部为疏水部。其中，亲水部的高度为1μm，疏水部的高度为5μm。
(3)将葡萄糖氧化酶混合溶液滴在氧化亚铜纳米线亲水部的表面，在自然条件下晾干，得到固-液-气三相生物酶光电阴极。葡萄糖氧化酶混合溶液的主要是：葡萄糖氧化酶溶液(20mg mL-1)，壳聚糖溶液(8mg mL-1)，去离子水，戊二醛水溶液(1wt％)按体积比20:10:3:1混合。
图1-2是步骤(1)制备的Cu2O纳米线的SEM图片；图1b是图1a方框处的放大图。从图中可明显看出Cu2O纳米线具有多个用于传输氧气的间隙。
图2a是步骤(3)所制备的固-液-气三相生物酶光电阴极的平面SEM图片，图2b是生物酶光电阴极的截面图；从图中可看出，Cu2O纳米线的顶部修饰了一层生物酶。
利用上述光电阴极构建传感器，以其作为光电阴极，Ag/AgCl作为参比电极，Pt作为对电极。检测溶液中葡萄糖的浓度(浓度为1-50mM)。另外，对照组以不做低表面能材料修饰的，亲水的两相电极为光电阴极。图3为本发明固-液-气三相生物酶光电阴极和传统两相电极构建的光电分析系统在不同氧浓度下的背景电流；测试方法为i-t，检测电压为0V(VS.Ag/AgCl)。激发光的波长＞420nm，光强为10mW。结果表明，本发明的固-液-气三相系统在不同氧浓度下背景电流恒定，而亲水的固-液两相系统在氧浓度越高时，背景电流越大，不恒定。
利用上述光电阴极构建传感器，以其作为光电阴极，Ag/AgCl作为参比电极，Pt作为对电极，0.01M Tris–HCl缓冲溶液作为电解质，检测其抗干扰能力。先在测试溶液中依次加入0.05mM干扰物，包括甲醇(a)、木糖(b)、尿素(c)、D(+)-蔗糖(d)、半乳糖(e)、对乙酰氨基酚(f)、甘露糖(g)、乙醇(h)、多巴胺(i)或抗坏血酸(j)，后加入0.5mM葡萄糖(k)，检测电流变化。图4为本发明用所获固-液-气三相酶电极构建的光电阴极分析系统检测葡萄糖时加入干扰物的影响，从图中可看出，溶液中的干扰物在光电阴极分析系统几乎没有响应，其响应值都远小于葡萄糖，加入葡萄糖后，产生明显的响应信号，所以用此光电阴极分析系统可以准确的检测葡萄糖。
图5为本实施例用所获固-液-气三相生物酶光电阴极分析系统及对照组检测不同浓度的葡萄糖的测试结果，测试方法为i-t，检测电压为0V(VS.Ag/AgCl)，激发光的波长＞420nm,光强为10mW。图5a中，自上而下的曲线对应的待测溶液中葡萄糖的浓度依次为0mM，0.6mM，2mM，4mM，10mM，30mM，50mM。从图5b中可看出，待检测的葡萄糖浓度由0.6mM时一直到20mM时，其检测信号都有明显的线性，其线性检测范围是亲水的固-液两相电极的20倍。
实施例2
本实施例提供了一种用于检测溶液中葡萄糖浓度的光电阴极，制备方法如下：
(1)制备前，对200目的铜网进行预处理。将剪好的铜网分别在水，乙醇，丙酮中各超声清洗15min，在80℃的烘箱中烘干。首先用阳极氧化的方法在铜网上生长出氢氧化铜纳米线。阳极为铜网，阴极为碳片，电解质溶液为3M氧化钠溶液，电流为6mA cm-2，电解时间为15min。然后制备好的氢氧化铜纳米线用去离子水冲洗后，置于80℃烘箱烘干后转移到马弗炉中退火得到氧化亚铜纳米线(高度为6μm)。
(2)将0.1g有氧化亚铜纳米线的铜网浸泡在加有聚二甲基硅氧烷的环己烷溶液中60min，其中，环己烷溶液和聚二甲基硅氧烷的质量比为9：1。取出后，置于烘箱中加热60min，在氧化亚铜纳米线表面形成疏水层。将超疏水的氧化亚铜纳米线电极置于等离子体清洗机中，清洗位于纳米线顶部的低表面能物质并在表面引入亲水基团羟基，使氧化亚铜纳米线的顶部成为表面亲水，而底部仍为疏水的状态，即在氧化亚铜纳米线的顶部形成亲水部，底部为疏水部。其中，亲水部的高度为1μm，疏水部的高度为5μm。
(3)将葡萄糖氧化酶混合溶液滴在氧化亚铜纳米线亲水部的表面，在自然条件下晾干，得到固-液-气三相生物酶光电阴极。葡萄糖氧化酶混合溶液的主要是：葡萄糖氧化酶溶液(20mg mL-1)，壳聚糖溶液(8mg mL-1)，去离子水，戊二醛水溶液(1wt％)按体积比20:10:3:1混合。
图6为用本实施例所获固-液-气三相生物酶光电阴极分析系统检测不同浓度的葡萄糖的测试结果，测试方法为i-t，检测电压为0V(VS.Ag/AgCl)，激发光的波长＞420nm,光强为10mW。图6a中，自上而下的曲线对应的待测溶液中葡萄糖的浓度依次为0mM，1mM，2mM，4mM，10mM，20mM，40mM。从图中可看出，葡萄糖检测的线性范围为1-20mM。
实施例3
本实施例提供了一种用于检测溶液中葡萄糖浓度的光电阴极，制备方法与实施例2相同，不同之处在于，将步骤(2)中的聚二甲基硅氧烷溶液替换为等浓度的十六烷基三氯硅烷溶液。
图7为用本实施例所获固-液-气三相生物酶光电阴极分析系统检测不同浓度的葡萄糖的测试结果，测试方法为i-t，检测电压为0V(VS.Ag/AgCl)，激发光的波长＞420nm,光强为10mW。图7a中，自上而下的曲线对应的待测溶液中葡萄糖的浓度依次为0mM，1mM，2mM，4mM，10mM，20mM，30mM，40mM，50mM。从图中可看出,葡萄糖的线性浓度为1到20mM。
实施例4
本实施例提供了一种用于检测溶液中葡萄糖浓度的光电阴极，制备方法如下：
(1)制备前，对硅晶片进行预处理。首先，将切好的硅晶片分别在水，乙醇，丙酮中各超声清洗15分钟，在80℃的烘箱中烘干。其次，将硅晶片浸入体积比为4:1的H2SO4/H2O2溶液中12分钟，取出后用去离子水冲洗几次，并浸入5M HF的溶液中以去除其表面上的SiO2。之后，将处理过的硅晶片浸入含有0.04MAgNO3和5MHF的溶液中约80s沉积银纳米颗粒。然后通过将硅晶片浸入含有5M HF和0.6MH2O2的溶液中5分钟来进行蚀刻。最后，将蚀刻后的硅样品用硝基盐酸(王水)处理约15分钟，以去除残留的Ag纳米颗粒，从而在硅晶片表面形成黑色的Si纳米线光电极。
(2)将0.8g有硅纳米线的硅片浸泡在加有十七氟癸基三甲氧基硅烷的环己烷溶液中60min，其中，环己烷溶液和聚二甲基硅氧烷的质量比为5：1。取出后，置于烘箱中加热60min，在硅纳米线表面形成疏水层。将超疏水的硅电极置于等离子体清洗机中，清洗位于纳米线顶部的低表面能物质并在表面引入亲水基团羟基，使硅纳米线的顶部成为表面亲水，而底部仍为疏水的状态。
(3)将葡萄糖氧化酶混合溶液滴在硅纳米线亲水部的表面，在自然条件下晾干，得到固-液-气三相生物酶光电阴极。葡萄糖氧化酶混合溶液的主要是：葡萄糖氧化酶溶液(20mg mL-1)，壳聚糖溶液(8mg mL-1)，去离子水，戊二醛水溶液(1wt％)按体积比20:10:3:1混合。
图8为用本实施例所获固-液-气三相生物酶光电阴极分析系统检测不同浓度的葡萄糖的测试结果，测试方法为i-t，检测电压为0V(VS.Ag/AgCl)，激发光源为可见光，光强为2mW。图8a中，自上而下的曲线对应的待测溶液中葡萄糖的浓度依次为0mM，0.2mM，0.4mM，1mM，4mM，6mM，10mM，20mM。从图8b中可看出，葡萄糖检测的线性范围为0.1-15mM。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种生物酶光电阴极，其特征在于：包括
微/纳米材料，其材质包括p型半导体材料；所述微/纳米材料具有若干用于氧气的富集和传输的间隙；所述p型半导体材料为氧化亚铜、硅、氧化镍、氧化钴、三氧化二铬、硫化亚铜、硫化锡；
疏水层，其修饰于所述微/纳米材料的表面，所述疏水层的材质包括低表面能物质；
能够与待测物质反应生成过氧化氢的生物酶，所述生物酶修饰于所述微/纳米材料的表面。
2.根据权利要求1所述的生物酶光电阴极，其特征在于：所述微/纳米材料还连接有基底层，所述微/纳米材料形成于基底层的表面。
3.根据权利要求2所述的生物酶光电阴极，其特征在于：所述基底层的材质包括导电材料或半导体材料。
4.根据权利要求1所述的生物酶光电阴极，其特征在于：所述微/纳米材料为零维微/纳米材料、一维微/纳米材料、二维微/纳米材料或三维微/纳米材料。
5.根据权利要求1所述的生物酶光电阴极，其特征在于：所述微/纳米材料的厚度为2-16μm。
6.根据权利要求1所述的生物酶光电阴极，其特征在于：所述低表面能物质和微/纳米材料的质量比值为0.1-0.3：1。
7.根据权利要求1所述的生物酶光电阴极，其特征在于：所述微/纳米材料包括底部的疏水部和顶部的亲水部，所述生物酶修饰于所述微/纳米材料亲水部的表面。
8.根据权利要求7所述的生物酶光电阴极，其特征在于：所述疏水部和亲水部的高度比为2-10:1。
9.一种生物酶传感器，其特征在于：包括权利要求1-8中任一项所述的生物酶光电阴极。
CN202110026072.3A 2021-01-08 2021-01-08 固-液-气三相生物酶光电阴极 Active CN112858433B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110026072.3A CN112858433B (zh) 2021-01-08 2021-01-08 固-液-气三相生物酶光电阴极

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110026072.3A CN112858433B (zh) 2021-01-08 2021-01-08 固-液-气三相生物酶光电阴极

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112858433A CN112858433A (zh) 2021-05-28
CN112858433B true CN112858433B (zh) 2022-07-26

Family

ID=76001851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110026072.3A Active CN112858433B (zh) 2021-01-08 2021-01-08 固-液-气三相生物酶光电阴极

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112858433B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104569096A (zh) * 2015-02-05 2015-04-29 盐城工学院 一种氧化亚铜薄膜基无酶-氧灵敏的葡萄糖光电化学传感器的构建方法和检测方法
CN104698042A (zh) * 2013-12-05 2015-06-10 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 超疏水固液气三相共存的生物酶传感器及其制备方法
CN110988080A (zh) * 2019-12-23 2020-04-10 苏州大学 柔性富氧生物酶电极及基于其的柔性生物酶传感器
CN211825808U (zh) * 2018-09-05 2020-10-30 苏州怡健生物传感科技有限公司 一种富氧抗干扰电化学检测装置
CN112129940A (zh) * 2020-09-14 2020-12-25 青岛科技大学 一种利用胆红素氧化酶放大检测信号的阴极光电化学免疫传感器及其制备方法与应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104698042A (zh) * 2013-12-05 2015-06-10 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 超疏水固液气三相共存的生物酶传感器及其制备方法
CN104569096A (zh) * 2015-02-05 2015-04-29 盐城工学院 一种氧化亚铜薄膜基无酶-氧灵敏的葡萄糖光电化学传感器的构建方法和检测方法
CN211825808U (zh) * 2018-09-05 2020-10-30 苏州怡健生物传感科技有限公司 一种富氧抗干扰电化学检测装置
CN110988080A (zh) * 2019-12-23 2020-04-10 苏州大学 柔性富氧生物酶电极及基于其的柔性生物酶传感器
CN112129940A (zh) * 2020-09-14 2020-12-25 青岛科技大学 一种利用胆红素氧化酶放大检测信号的阴极光电化学免疫传感器及其制备方法与应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN112858433A (zh) 2021-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mahshid et al. Template-based electrodeposition of Pt/Ni nanowires and its catalytic activity towards glucose oxidation
Lin et al. Electrode modified with a composite film of ZnO nanorods and Ag nanoparticles as a sensor for hydrogen peroxide
Luo et al. A new method for fabricating a CuO/TiO2 nanotube arrays electrode and its application as a sensitive nonenzymatic glucose sensor
Ye et al. Nonenzymatic glucose detection using multi-walled carbon nanotube electrodes
Song et al. Ag nanoparticles coated NiO nanowires hierarchical nanocomposites electrode for nonenzymatic glucose biosensing
Yin et al. Non-enzymatic hydrogen peroxide sensor based on a nanoporous gold electrode modified with platinum nanoparticles
Zhang et al. A novel nonenzymatic sensor based on LaNi0. 6Co0. 4O3 modified electrode for hydrogen peroxide and glucose
Zhao et al. Enhanced biosensing platform constructed using urchin-like ZnO-Au@ CdS microspheres based on the combination of photoelectrochemical and bioetching strategies
Ni et al. Facile synthesis of Prussian blue@ gold nanocomposite for nonenzymatic detection of hydrogen peroxide
Kamyabi et al. Low potential and non-enzymatic hydrogen peroxide sensor based on copper oxide nanoparticle on activated pencil graphite electrode
Manivannan et al. Core-shell Au/Ag nanoparticles embedded in silicate sol-gel network for sensor application towards hydrogen peroxide
Feng et al. Glucose biosensors based on Ag nanoparticles modified TiO 2 nanotube arrays
CN110530944A (zh) 一种基于铜基纳米复合结构的便携式微型葡萄糖无酶传感电极及其制备方法与应用
Rajabzade et al. Functionalized carbon nanotubes with gold nanoparticles to fabricate a sensor for hydrogen peroxide determination
Ozdokur et al. Pyranose oxidase and Pt–MnOx bionanocomposite electrode bridged by ionic liquid for biosensing applications
Kamyabi et al. A highly sensitive ECL platform based on GOD and NiO nanoparticle decorated nickel foam for determination of glucose in serum samples
Li et al. One-step solvothermal preparation of silver-ZnO hybrid nanorods for use in enzymatic and direct electron-transfer based biosensing of glucose
Palod et al. Facile synthesis of high density polypyrrole nanofiber network with controllable diameters by one step template free electropolymerization for biosensing applications
Sun et al. Photoelectrochemical biosensing of leukemia gene based on CdS/AuNPs/FeOOH Z-scheme heterojunction and a facile reflective device
CN112858433B (zh) 固-液-气三相生物酶光电阴极
Lu et al. Direct electrochemistry and bioelectrocatalysis of horseradish peroxidase entrapped in a self-supporting nanoporous gold electrode: a new strategy to improve the orientation of immobilized enzymes
Gholamalizadeh et al. A precise flexible printed biosensor based on graphene ink decorated with N-doped graphene quantum dots
Stanley et al. Vertically aligned TiO2 nanotube arrays decorated with CuO mesoclusters for the nonenzymatic sensing of glucose
Khan et al. Highly sensitive non-enzymatic glucose sensor with copper oxide nanoparticle impregnated mesoporous silica
CN110841664A (zh) 一种Cu2O@BiOI复合材料及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230720

Address after: Room 401, Building 40, Northeast Area, Suzhou Nano City, No. 99, Jinji Lake Avenue, Suzhou Industrial Park, Jiangsu Province, 215000

Patentee after: Suzhou Biomimetic Materials Science and Engineering Center

Address before: No. 188, Shihu West Road, Wuzhong District, Suzhou City, Jiangsu Province

Patentee before: SOOCHOW University