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基于多壁碳纳米管-铂纳米颗粒纳米复合材料的乙醇生物传感器

2022-02-24 来源:世旅网
第30卷第1期 2017年1月 传感技术学报 CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS Vo1.30 No.1 Jan.20l7 Alcohol Biosensor Based on Multi.Walled Carbon Nanotubes/Platinum Nanoparticles Nanocomposite MIAO Zhiying ,NIAN Chen ,SHAO Xueguang ,CHEN Qiang4 (1.School ofBasic Medical Sciences,Noah China Univemi@ofScience and Technology,Tangshan Hebei 063000,China; 2.Hainan Medical College,Haikou 571101,China;3.State Key Laboratory ofMedicinal Chemical Bwlogy, Nankai University,Tianjia 300071,China;4.Key LaboratoryofBioactiveMaterials, Ministy rofEducation,NankaiUniversity,T/a n 300071,China) Abstract:MWCNTs—PtNPs nano composite was prepared by ultrasonic method,and its modified to ethanol biosensor showed good performance.The experimental results show that the minimum detection limit of the sensor iS 0.02 mmoL/L,the linear range is 0.25 mmol/L~3.0 mmo//L,the sensitivity is 0.923 32 A/(mmol/L),and has high stability and good reproducibility. Key words:biosensor:ethanol:MWCNTs.PtNPs;nanocomposite EEACC:7230J doi:10.3969/j.issn.1004-1699.2017.O1.003 基于多壁碳纳米管一铂纳米颗粒纳米复合材料的 乙醇生物传感器术 苗智颖 ,念 陈 ,邵学广 ,陈 强 (1.华北理工大学基础医学院,河北唐山063000;2.海南医学院,海口571199; 3.南开大学药物化学生物学国家重点实验室,天津300071;4.南开大学生物活性材料教育部重点实验室,天津300071) 摘 要:采用超声法制备了多壁碳纳米管一铂纳米颗粒(MWCNTs—PtNPs)纳米复合材料,并将其修饰于乙醇生物传感器,表 现出良好的检测性能。实验结果表明:传感器最低检测限为0.02 mmol/L,线性范围为0.25 mmo ̄L~3.O0 mmol/L,灵敏度为 0.923 32 A/(mmol/L),并且具有高稳定性和良好的重现性。 关键词:生物传感器;乙醇;多壁碳纳米管一铂纳米颗粒;纳米复合材料 中图分类号:TP212.2 文献标识码:A 文章编号:1004-1699(2017)01-0016—04 乙醇(Ethanol,CH CH,OH)是醇类的一种,对人 合结构复杂的八聚体乙醇氧化酶AOD(Alcohol Oxidase)的固定。本文将用超声法制备的MWCNTs. PtNPs纳米复合物修饰在丝网印刷电极上,在聚丙烯 胺盐酸 聚磺化乙烯硫酸盐PAA/PVS(poly(allyl— 体液(血液、血清、唾液、尿液、汗液等)中的乙醇精确 快速的检测在临床和法医检定方面具有重要意义…。 近年来,已发展了多种乙醇检测方法,如氧化还原滴 定法、分光光度法、呼气法、高效液相色谱法、气相色 谱法、生物传感器法等l2 ]。其中,基于酶制剂的生 物传感器由于检测方便、快速和准确,能够满足即时 检测的要求而受到广泛的关注[5 ],而且随着材料科 学的发展,采用纳米材料修饰电极的出现_7 ,进一 步提高了乙醇检测的性能,尤其是以多壁碳纳米管 MWCNTs(Multi—Wallcarbon Nanotubes)为代表的纳米 amine)/poly(potassium vinyl sulfate))自组装膜提高 传感器抗干扰I生基础上,利用包埋法将乙醇氧化酶固 定在电极表面,构建了乙醇生物传感器,并考察了影 响电极性能的因素。所制备的传感器不仅表现出较 宽的线性范围和较高的灵敏度,还表现出良好的稳 定性。 材料.已广泛应用于多种高性能生物传感器的制 1实验部分 1.1试剂与仪器 备 卜 ]。明胶包埋法作为传统酶固定化方法,具有 操作简单、条件温和、能阻碍大分子干扰物等优点,适 项目来源:国家自然科学基金(81273993) 收稿日期:2016—05-11 修改日期:2016—09—21 乙醇氧化酶(AOD,EC1.1.3.13 from Pichia 第1期 苗智颖,念陈等:基于多壁碳纳米管一铂纳米颗粒纳米复合材料的乙醇生物传感器 17 pastoris,5 483 U/mL)、氯铂酸钾、尿酸、醋氨酚、抗坏 血酸购于Sigma;多壁碳纳米管(MWCNTs,直径30 2结果与讨论 2.1 MWCNTs.PtNPs纳米复合物的透射电镜表征 nm~50 nm,长度0.5 m~1 m,羧基基团0.73 wt%, 纯度95%)购于中国科学院成都有机化学研究所:聚 罔l为MWCNrrs—I)tNt S纳米复合物的透射电镜 冈,从冈1(a)r I『以清晰的看到黑色的纳米铂颗粒 丙烯胺盐酸盐(Poly(allyl—amine),PAA,Mw:10 000) 和聚磺化乙烯硫酸盐(Poly(potassium vinyl sulfate), PVS,Mw:170 000)购于Aldrich;乙醇购于天津市化学 附着在碳管的表面,纳米铂颗粒的直径约为2 nm~ 3 13111;与其相对心的窄l I碳管罔l(b)未发现表而有 黑色颗粒状结构 试剂有限公司。实验过程中使用的其他试剂均为分 析纯,溶液均为去离子水配制。循环伏安(CV)ffff线 和计时电流(i-t)曲线在电化学测试系统(Model 283 型,M270数据处理软件,美国EG&G公司)上进行,采 用丝网印刷电极(BVT—AC1.W2.RS:工作电极一Pt,参 比电极一Ag/AgC1,对电极一Pt,上海安赞商贸有限公 司),实验前溶液通人氮气除氧,所有的实验均在室温 下进行。 1.2 MWCNTs.PtNPs纳米复合物的制备 将MWCNTs用混酸(浓硫酸:浓硝酸=3:1,V:v) 超声处理4 h,离心后去掉上清液,MWCNTs川双蒸水 反复洗涤至中性,十燥后用双蒸水配置成l,irg/mL 溶液备用。取l mI 1 mg/mL MWCNTs溶液丁烧杯 中,室温下边搅拌边加入2 mL 0.Ol mol/L K,PtC1 水 溶液,然后将混合液超声2 h,最后室温下搅拌20 h, 离心收集最终产物,双蒸水配置成1 mg/mI 溶液 备用。 1.3纳米复合物修饰酶电极的制备 将丝网印刷电极分别在乙醇、去离子水巾超声 清洗,然后在0.5 mol/L稀硫酸溶液中在一0.3 v~ +1.5 V范同内进行循环伏安扫描,直至循环伏安 曲线达到稳定状态,以除去电极表面的金属杂质 然后将电极在2 mg/L PAA与PVS溶液交替浸入 25 min,间隔以PBS冲洗,重复上述过程在电极表 面自组装(PAA/PVS) 膜;取5 L MWCNTs— PtNPs水溶液滴加到T作电极表面,室温下I:燥后 置于4℃冰箱保存备用。取l0 ILL明胶(10%。 W/V)、10 ILL AOD(1 mg/L)混匀,取10 I.ZI 滴加 于处理好的工作电极表面.放4 冰箱巾自然十 燥.12 h后取 .. 1.4电化学测试 电化学测试前,先将电极置于0.1 mol/I pH 7.5 的PBS中浸泡5 rain,以洗去结合松散的酶蛋白 将电极放入20 mL pH 7.5 PBS中进行电化学测试、 在50 mV/s扫描速度下测定工作电极的循环伏安时i 线,初始电位0 mV,折同电位+600 mv。在+400 mV 电位下测定工作电极的计时电流曲线.测定时施加 电磁搅拌。 (a)MWCNTs—Pt Nps复合材料 (b)刈照 I I碳锊 图1 TEM表征结果 2.2不同材料修饰的电极对乙醇的电流响应及工 作曲线 分别将PtNPs、MWCNTs和MWCNTs—PtNPs纳米 复合物修饰于}乜檄衷 , +400 mV(VS.Ag/AgC1)电 化下测量电极埘2 nmM/1 乙醇的电流响应.结果如 图2所示 0.6 《 手0.2 g 堇0.8 U 0.4 0 5(】 l0() l50 200 250 ,,S 图2不同材料修饰的电极对乙醇的电流响应 第l期 苗智颖,念 陈等:基于多壁碳纳米管一铂纳米颗粒纳米复合材料的乙醇生物传感器 l9 Wine[J].Sensras and Actuators B:Chemical,2005,106(1): 253-257. 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[9] Dalmasso P R,Pedano M L,Rivas G A。Supramolecular Architee一 苗智颖(1980一),男,博士,博士后,毕 业于南开大学生命科学学院。主要从事 生物传感器相关研究工作,miaozhiying @nest.edu.cn: ture Based on the Serf-Assembling of Multiwall Carbon Nanotubes Dispersed in Polyhistidine and Glucose Oxidase:Characterization and Analytical Applications for Glucose Biosensing[J].Biosens Bioelectron,2013,39(1):76—81. [1O] Lata S.Pundir C S.L—Amino Acid Biosensor Based on L—Amino Acid Oxidase Immobilized Onto NiHCNFe/c—MWCNT/PPy/GC Electrode[J].Int J Biol Macromol,2013,54:250—257. [11] Miao Z,Zhang D,Chen Q.Non—Enzymatic Hydrogen Peroxide Sen— sor¥Based on Multi—-Wall Carbon Nanotube/Pt Nanoparticle Nano-. hybrids[J].Materials,2014,7(4):2945—2955. [12] Benvidi A,Rajabzadeh N,Mazloum-Ardakani M,et a1.Comparison of Impedimetric Detection of DNA Hybridization on Chemically and Electrochemically Functionalized Multi-Wall Carbon Nanotubes Modiifed Electrode[J].Sensors and Actuators B Chemical,2015, 207:673—682。 [13] 陈守文.酶T程[M].北京:科学出版社,2008:208-216. 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