本发明涉及一种以漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极的制备方法,该酶电极的制备包括材料的准备、多孔纳米二氧化钛载体的水热法与煅烧法结合使用制备、漆酶在载体上的吸附固定、电极修饰步骤,用固定化漆酶均匀分散在Nafion稀溶液中修饰玻碳电极作为工作电极,建立三电极系统,将三电极系统与电化学工作站连接,通过循环伏安法检测其对水体污染物对苯二酚的电化学响应。与现有技术相比,本发明具有成本低廉、制备简单、固定化漆酶酶活高、灵敏度高等优点。
1.一种以漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极的制备方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:(1)采用水热法与煅烧法结合制备多孔纳米二氧化钛微球载体;(2)将步骤(1)制备得到的多孔纳米二氧化钛微球载体与稀漆酶溶液混合后于振荡水槽吸附固定化,得到漆酶/多孔纳米二氧化钛固定化酶;(3)将步骤(2)制备得到的漆酶/多孔纳米二氧化钛固定化酶,均匀分散到四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙烯基醚的共聚物的稀溶液后,将得到的混合溶液均匀滴在玻碳电极上,然后在常温下自然干燥即可;步骤(1)中所述的水热法包括以下步骤:向二氯二茂钛的水溶液中滴加乙二胺,控制反应温度为100-150°C,反应时间为5-8h,得到的初样品依次用去离子水、无水乙醇各离心洗涤三次,所述的二氯二茂钛的水溶液的浓度为1-3mg/mL,滴加的乙二胺与二氯二茂钛的水溶液的体积比为(0.01-0.015)..1;步骤(1)中所述的煅烧法包括以下步骤:采用控制升温,将经水热法合成得到的产品置于管式炉中,控制升温速率为3-4°C/s,煅烧温度为400°C,煅烧时间为2h,然后控制降温速率为3-4°C/s将温度降至室温,即得到多孔纳米二氧化钛微球载体;步骤(2)中所述的稀漆酶溶液的浓度为0.01g/mL,在每毫升的稀漆酶溶液中含多孔纳米二氧化钛微球载体4mg;步骤(2)中所述的吸附固定化的温度为4°C,吸附时间为12h,固定化后用去离子水离心洗净,并在常温下干燥;步骤(3)中所述的四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙烯基醚的共聚物稀溶液的浓度为0.05wt%,控制每毫升四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙烯基醚的共聚物稀溶液中漆酶/多孔纳米二氧化钛固定化酶的含量为1mg,控制混合温度为6°C,超声混合6min。
2.根据权利要求1所述的一种以漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述的玻碳电极在抛光布上分别用粒径为0.3μm及0.05μm的Al₂O₃粉末抛光,再依次在浓硝酸、蒸馏水和无水乙醇中各超声清洗5min后于红外灯下干燥。技术领域
本发明涉及生物传感器领域,尤其是涉及一种以漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极的制备方法。
背景技术
酚类物质在环境中广泛的存在,作为一种有毒物质,对人类的健康造成了极大的危害,因此酚类物质的检测就成为了亟待解决的问题,同时也对环境监测有着重要的意义。对苯二酚被广泛的应用于工业领域,是一种毒性很强且难于的降解的酚类污染物之一,现有的对苯二酚检测方法主要采用色谱法,存在分析仪器昂贵、操作复杂,不能及时在线监测的缺陷。生物传感器是指用固定化的生物体成分(如:酶、抗原、抗体、激素等)或生物体本身(如细胞、细胞器、组织等)作为分子识别元件,对待测分析物具有高度选择性的分析仪器。生物传感器是一门由生物、化学、物理、医学、电子、材料技术等多种学科相互渗透成长起来的新学科。酶电极是第一代生物传感器,它是以酶作为分子识别器件的电化学生物传感器,由一个固定化酶敏感膜和与之密切结合的电极组成的换能系统,它把固定化酶和电极结合在一起,因而具有独特的优点:(1)它既有不溶性酶体系的优点,又具有电化学系统的高灵敏性;(2)由于酶的专一反应性,使其具有很高的选择性;(3)酶电极安全可靠、灵敏度高、分析速度快、操作简易、仪器设备简单及便于携带等特点。固定化酶的方法主要吸附法、共价结合法及交联结合法,其中吸附法具有技术简单,工艺条件温和,可供选择的载体多样及载体可活化循环再利用的特点。目前,酶电极已成功地应用于医学、国防、环境、食品工业及农业等领域,成为一种强有力的分析工具。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工艺简单、成本低廉、检测方便、便于携带的以漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极的制备方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种以漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极的制备方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:(1)采用水热法与煅烧法结合制备多孔纳米二氧化钛微球载体;(2)将步骤(1)制备得到的多孔纳米二氧化钛微球载体与稀漆酶溶液混合后于振荡水槽吸附固定化,得到漆酶/多孔纳米二氧化钛固定化酶;(3)将步骤(2)制备得到的漆酶/多孔纳米二氧化钛固定化酶,均匀分散到四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙烯基醚的共聚物(Nafion)稀溶液后,将得到的混合溶液均匀滴在玻碳电极上,然后在常温下自然干燥即可。步骤(1)中所述的水热法包括以下步骤:向二氯二茂钛的水溶液中滴加乙二胺,控制反应温度为100-150°C,反应时间为5-8h,得到的初样品依次用去离子水、无水乙醇各离心洗涤三次。所述的二氯二茂钛的水溶液的浓度为1-3mg/mL,滴加的乙二胺与二氯二茂钛的水溶液的体积比为(0.01-0.015)∶1。步骤(1)中所述的煅烧法包括以下步骤:采用控制升温,将经水热法合成得到的产品置于管式炉中,控制升温速率为3-4°C/s,煅烧温度为400°C,煅烧时间为2h,然后控制将温速率为3-4°C/s将温度降至室温,即得到多孔纳米二氧化钛微球载体。步骤(2)中所述的稀漆酶溶液的浓度为0.01g/ml,在每毫升的稀漆酶溶液中含多孔纳米二氧化钛微球载体4mg。步骤(2)中所述的吸附固定化的温度为4°C,吸附时间为12h,固定化后用去离子水离心洗净,并在常温下干燥。步骤(3)中所述的四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙烯基醚的共聚物(Nafion)稀溶液的浓度为0.05wt%,控制每毫升Nafion稀溶液中漆酶/多孔纳米二氧化钛固定化酶的含量为1mg,控制混合温度为6°C,超声混合6min。步骤(3)中所述的玻碳电极在抛光布上分别用粒径为0.3μm及0.05μm的Al₂O₃粉末抛光,再依次在浓硝酸、蒸馏水和无水乙醇中各超声清洗5min后于红外灯下干燥。利用制备得到的漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极建立三电极工作系统,采用磷酸氢二钠-柠檬酸为空白底液分别检测水体中对苯二酚电化学响应情况。所述的三电极系统包括工作电极漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极,对电极Pt电极,参比电极Ag/NaCl电极,采用的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液pH为5.6,浓度为0.1mol/L,对苯二酚的浓度为0.05mol/L。检测对苯二酚电化学响应情况通过循环伏安法的响应测定,扫描电压的范围为-1.4V~1.4V,扫描速度为0.05mv/s。与现有技术相比,本发明具有以下优点:(1)本申请是基于漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极的一种制备方法,成本低廉、制备简单,借助于多孔纳米材料较高的比表面积能够为漆酶提供更多的附着位点,载酶量高,且由于仅采用吸附法固定,酶在固定化过程中活性损失小,漆酶电极活性强;(2)本申请的漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极有较强的电子传导能力,对于水体污染物对苯二酚有明显的电化学响应,在邻苯二酚污染物检测上有极大的应用潜力。
附图说明
图1为多孔纳米二氧化钛微球载体的SEM照片;图2为多孔纳米二氧化钛微球载体XRD图;图3为纯漆酶、多孔纳米二氧化钛微球载体及漆酶/多孔纳米二氧化钛固定化酶的傅立叶红外图;图4为裸玻碳电极对水体酚类污染物对苯二酚的循环伏安曲线;图5为多孔纳米二氧化钛微球修饰电极对水体酚类污染物对苯二酚的循环伏安曲线;图6为漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极对水体酚类污染物对苯二酚的循环伏安曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例1一种漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极的制备方法,该方法包括以下步骤:多孔纳米二氧化钛微球载体的制备(1)水热合成法制备,20mgxa0Ti(CP)₂Cl₂分散于10ml去离子水于反应釜中,并滴加2~3滴乙二胺。120°C条件下水热反应6h,冷却室温,以水、无水乙醇各离心洗涤三次;(2)将步骤(1)所得样品经管式炉于400°C条件下煅烧2h后得到,控制升温、降温速率为3~4°C/s,即得多孔纳米二氧化钛微球载体。所制备的多孔纳米二氧化钛微球载体SEM图及XRD图分别如图1、图2所示。实施例2一种漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极的制备方法,该方法包括以下步骤:漆酶/多孔纳米二氧化钛固定化酶的制备(1)称取20mg载体与5ml的稀漆酶溶液混合,室温下(约6°C)超声10min,后放入振荡水槽常温(4°C左右)下吸附固定化12个小时。(2)用去离子水多次清洗步骤(1)中所制备的固定化酶6次,常温下至干燥,并与变色硅胶一起密封保存于4°C温度条件下。纯漆酶、多孔纳米二氧化钛微球载体及漆酶/多孔纳米二氧化钛固定化酶傅立叶红外图对比图如图3所示,其中a为多孔纳米二氧化钛微球载体,b为漆酶/多孔纳米二氧化钛固定化酶,c为纯漆酶。实施例3一种漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极的制备方法,该方法包括以下步骤:漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极的制备(1)称取1mg的漆酶/多孔纳米二氧化钛固定化酶溶于5mlxa00.05wt%的四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙烯基醚的共聚物(Nafion)溶液,室温下(约6°C)超声3min使其混合均匀;(2)将玻碳电极在抛光布上分别用粒径为0.3μm及0.05μmxa0Al₂O₃粉末抛光,并依次用浓硝酸、蒸馏水和无水乙醇中分别超声清洗5min后于红外灯下干燥,取10μl均匀分散的漆酶/多孔纳米TiO₂/Nafion混合液滴在洁净的玻碳电极上,常温下自然干燥,即得漆酶/多孔纳米TiO₂修饰电极。实施例4漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极对水体酚类污染物对苯二酚的电化学响应,包括以下步骤:(1)修饰电极对水体酚类污染物对苯二酚的循环伏安法电化学响应的测定,采用三电极体系(修饰电极,Pt电极,Ag/NaCl电极)进行检测,先将修饰电极在0.1mol/l磷酸氢二钠-柠檬酸(PH=5.6)空白底液中循环扫描至基线稳定状态;(2)往空白底液中加入一定浓度的对苯二酚溶液,使对苯二酚的终溶度为1×10^-5,设置扫描速度为0.05mv/s,扫描电压范围为-1.4V~1.4V,采用循环伏安法记录下实验曲线,并扣除背景。裸玻碳电极、多孔纳米二氧化钛微球修饰电极及漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极对水体酚类污染物对苯二酚的循环伏安曲线如图4~6所示。实施例5一种以漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极的制备方法,包括以下步骤:(1)采用水热法与煅烧法结合制备多孔纳米二氧化钛微球载体,水热法包括以下步骤:向浓度为1mg/mL的二氯二茂钛的水溶液中滴加乙二胺,滴加的乙二胺与二氯二茂钛的水溶液的体积比为0.01∶1,控制反应温度为100°C,反应时间为8h,得到的初样品依次用去离子水、无水乙醇各离心洗涤三次;煅烧法包括以下步骤:采用控制升温,将经水热法合成得到的产品置于管式炉中,控制升温速率为3°C/s,煅烧温度为400°C,煅烧时间为2h,然后控制将温速率为3°C/s将温度降至室温,即得到多孔纳米二氧化钛微球载体;(2)将步骤(1)制备得到的多孔纳米二氧化钛微球载体与浓度为0.01g/mL的稀漆酶溶液混合后于振荡水槽吸附固定化,在每毫升的稀漆酶溶液中含多孔纳米二氧化钛微球载体4mg,控制温度为4°C,吸附时间为12h,固定化后用去离子水离心洗净,并在常温下干燥得到漆酶/多孔纳米二氧化钛固定化酶;(3)将步骤(2)制备得到的漆酶/多孔纳米二氧化钛固定化酶,均匀分散到浓度为0.05wt%的Nafion稀溶液,控制每毫升Nafion稀溶液中漆酶/多孔纳米二氧化钛固定化酶的含量为1mg,控制混合温度为6°C,超声混合6min,将得到的混合溶液均匀滴在玻碳电极上,该玻碳电极在抛光布上分别用粒径为0.3μm及0.05μm的Al₂O₃粉末抛光,再依次在浓硝酸、蒸馏水和无水乙醇中各超声清洗5min后于红外灯下干燥,然后在常温下自然干燥即可。利用制备得到的漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极建立三电极工作系统,包括工作电极漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极,对电极Pt电极,参比电极Ag/NaCl电极,采用磷酸氢二钠-柠檬酸为空白底液分别检测水体中对苯二酚电化学响应情况,采用的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液pH为5.6,浓度为0.1mol/L,对苯二酚的浓度为0.05mol/L,检测对苯二酚电化学响应情况通过循环伏安法的响应测定,扫描电压的范围为-1.4V~1.4V,扫描速度为0.05mv/s。实施例6一种以漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极的制备方法,包括以下步骤:(1)采用水热法与煅烧法结合制备多孔纳米二氧化钛微球载体,水热法包括以下步骤:向浓度为3mg/mL的二氯二茂钛的水溶液中滴加乙二胺,滴加的乙二胺与二氯二茂钛的水溶液的体积比为0.015∶1,控制反应温度为150°C,反应时间为5h,得到的初样品依次用去离子水、无水乙醇各离心洗涤三次;煅烧法包括以下步骤:采用控制升温,将经水热法合成得到的产品置于管式炉中,控制升温速率为4°C/s,煅烧温度为400°C,煅烧时间为2h,然后控制将温速率为4°C/s将温度降至室温,即得到多孔纳米二氧化钛微球载体;(2)将步骤(1)制备得到的多孔纳米二氧化钛微球载体与浓度为0.01g/mL的稀漆酶溶液混合后于振荡水槽吸附固定化,在每毫升的稀漆酶溶液中含多孔纳米二氧化钛微球载体4mg,控制温度为4°C,吸附时间为12h,固定化后用去离子水离心洗净,并在常温下干燥得到漆酶/多孔纳米二氧化钛固定化酶;(3)将步骤(2)制备得到的漆酶/多孔纳米二氧化钛固定化酶,均匀分散到浓度为0.05wt%的Nafion稀溶液,控制每毫升Nafion稀溶液中漆酶/多孔纳米二氧化钛固定化酶的含量为1mg,控制混合温度为6°C,超声混合6min,将得到的混合溶液均匀滴在玻碳电极上,该玻碳电极在抛光布上分别用粒径为0.3μm及0.05μm的A1₂O₃粉末抛光,再依次在浓硝酸、蒸馏水和无水乙醇中各超声清洗5min后于红外灯下干燥,然后在常温下自然干燥即可。利用制备得到的漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极建立三电极工作系统,包括工作电极漆酶/多孔纳米二氧化钛修饰电极,对电极Pt电极,参比电极Ag/NaCl电极,采用磷酸氢二钠-柠檬酸为空白底液分别检测水体中对苯二酚电化学响应情况,采用的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液pH为5.6,浓度为0.1mol/L,对苯二酚的浓度为0.05mol/L,检测对苯二酚电化学响应情况通过循环伏安法的响应测定,扫描电压的范围为-1.4V~1.4V,扫描速度为0.05mv/s。