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专利名称：一种基于表面处理的TiO₂纳米点阵列的电化学生物传感器工作电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电化学生物传感器工作电极，尤其是基于表面处理的TiO2纳米点阵列的电化学生物传感器工作电极。
背景技术：
电化学生物传感器是将生物活性材料与电化学换能器(即电化学工作电极)结合起来的生物传感器。由于酶的催化高效、专一，反应条件温和及化学放大作用等，使其成为电化学生物传感器中使用最为普遍、也最具代表性的生物活性材料。目前最为理想的生物传感器(第三代生物传感器)是利用酶与工作电极间的直接电子转移来完成信号转换，基于这种原理制备得到的传感器无需其他媒介物，操作简单且无毒(Niina J. Ronkainen etal. Chem. Soc. Rev., 39 (2010) 1747 )。但是通常酶的氧化还原中心深埋在蛋白质壳内，很难与电极之间实现直接电子转移；且酶与电极吸附固化时容易造成酶的失活与脱落。纳米材料由于其比表面积大，表面活性中心多，且已有文献报道将纳米材料制备在电极上，可以实现酶与电极间的直接电子转移，提高催化性能(Shu-Juan Bao et al.Adv. Funct. Mater.，18 (2008) 591)。在众多的纳米材料中，零维TiO2纳米材料由于其具有高曲率半径、高表面活性、优异的生物相容性以及稳定的化学性能，特别利于酶的吸附以及酶与导电基板间的直接电子传输，因此零维TiO2纳米材料可用于改善电化学电极的表面特性，提高生物传感器的灵敏度和稳定性，但其较弱的导电能力使传感性能有一定的局限性。通过对其进行表面处理，有效地掺杂以及形成阳离子缺陷，可改善半导体纳米材料导电性较差的问题，可做为非常有应用前景的生物传感器电极材料。

发明内容
本发明的目的是提供一种导电性较好的基于表面处理的TiO2纳米点阵列的电化学生物传感器工作电极。本发明的基于表面处理的TiO2纳米点阵列的电化学生物传感器工作电极，通过以下制备步骤获得
1)采用分相自组装法于导电基板上制备TiO2纳米点阵列，纳米点平均直径为82nm,密度为1.25父1014111_2，将其放入管式炉中，在0)气氛中5001热处理15111111 60111111后，用环氧树脂封装，露出0. 3 X 0.3 cm2作为工作电极；
2)将酶溶于0.OlM磷酸盐缓冲液(PBS)中，制备成10 mg mL—1的酶溶液。取4ML酶溶液滴加在步骤I)的工作电极上，室温干燥后滴加4 ML 0. 5 wt. %的Nafion溶液，并于4°〇保存至少12h，得到电化学生物传感器工作电极。本发明中，所述的导电基板可以是ITO基板、FTO基板、重掺Si基板或Ti基板。所述的酶可以是辣根过氧化物酶、血红蛋白或葡萄糖氧化酶。本发明通过分相自组装法可在各种导电基板上获得分布均匀的TiO2纳米点阵列，经CO气氛热处理后，由Nafion及酶修饰便可用做电化学生物传感器工作电极，制备方法简单且重复性高。本发明制备的电化学生物传感器工作电极的灵敏度高，并且可以通过改变CO气氛热处理的时间对电化学线性测试范围进行调控，以适用于不同需求的测试，可以广泛应用于医疗检测、环境监测及食品安全等领域。


图I是TiO2纳米点阵列的SEM图片。
具体实施例方式实施例I
1)采用分相自组装法在ITO基板上制备TiO2纳米点阵列，纳米点平均直径为82nm,密度为1.25 XlO14nT2 (见图1)，将其放入管式炉中，在CO气氛中500°C热处理15min后，用环氧树脂封装，露出0. 3 X 0.3 cm2作为工作电极；
2)将辣根过氧化物酶(HRP)溶于0.OlM PBS中，制备成10 mg mL—1的HRP溶液。取4ML HRP溶液滴加在步骤I)的工作电极上，室温干燥后滴加4 ML 0. 5 wt. %的Nafion溶液，并置于4°C冰箱中保存12h，得到电化学生物传感器工作电极。该工作电极的生物传感灵敏度为1532 MA mr1 cm_2，线性测试范围为575 1320 剛。实施例2
1)采用分相自组装法在FTO基板上制备TiO2纳米点阵列，纳米点平均直径为82nm,密度为1.25父1014111_2，将其放入管式炉中，在0)气氛中5001热处理301^11后，用环氧树脂封装，露出0. 3 X 0.3 cm2作为工作电极；
2)将血红蛋白(Hb)溶于0.OlM PBS中，制备成10 mg mL-1的HRP溶液。取4ML Hb溶液滴加在步骤I)的工作电极上，室温干燥后滴加4 ML 0.5 wt. %的Nafion溶液，并置于4°C冰箱中保存15h，即可得到电化学生物传感器工作电极。该工作电极的生物传感灵敏度为1377 MA rnT1 cm_2，线性测试范围为185 750 剛。实施例3
1)采用分相自组装法在钛基板上制备TiO2纳米点阵列，纳米点平均直径为82nm，密度为1.25 XlO14nT2 (见图1)，将其放入管式炉中，在CO气氛中500°C热处理60min后，用环氧树脂封装，露出0. 3 X 0.3 cm2作为工作电极；
2)将葡萄糖氧化酶(GOD)溶于0.OlM PBS中，制备成10 mg mL—1的GOD溶液。取4MLGOD溶液滴加在步骤I)的工作电极上，室温干燥后滴加4 ML 0. 5 wt. %的Nafion溶液，并置于4°C冰箱中保存20h，即可得到得到电化学生物传感器工作电极。该工作电极的生物传感灵敏度为1465 MA rnT1 cm_2，线性测试范围为0.1 330 剛。
权利要求
1.一种基于表面处理的TiO2纳米点阵列的电化学生物传感器工作电极，所述工作电极通过以下制备步骤获得 1)采用分相自组装法于导电基板上制备TiO2纳米点阵列，纳米点平均直径为82nm,密度为1.25 XlO14 m_2，将其放入管式炉中，在CO气氛中500° C热处理15min 60min后，用环氧树脂封装，露出0. 3 X 0.3 cm2作为工作电极； 2)将酶溶于0.OlM磷酸盐缓冲液中，制备成10 mg mL—1的酶溶液，取4ML酶溶液滴加在步骤I)的工作电极上，室温干燥后滴加4 ML 0.5 wt. %的Nafion溶液，并于4 ° C保存至少12h，得到电化学生物传感器工作电极。
2.根据权利要求I所述的基于TiO2纳米点阵列的电化学生物传感器工作电极，其特征在于所述导电基板是ITO基板、FTO基板、重掺Si基板或Ti基板。
3.根据权利要求I所述的基于TiO2纳米点阵列的电化学生物传感器工作电极，其特征在于所述的酶是辣根过氧化物酶、血红蛋白或葡萄糖氧化酶。
全文摘要
本发明公开了一种基于表面处理的TiO2纳米点阵列的电化学生物传感器工作电极。通过分相自组装法在导电基板上获得分布均匀的TiO2纳米点阵列，经CO气氛热处理后，由Nafion及酶修饰便可获得用做电化学生物传感器的工作电极。本发明制备的电化学生物传感器工作电极的灵敏度高，并且可以通过改变CO气氛热处理的时间来调节线性测试范围，以适用于不同的测试需求，可以广泛应用于医疗检测、环境监测及食品安全等领域。
文档编号G01N27/327GK102645475SQ201210123478
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者李倩, 杜丕一, 程逵, 翁文剑, 韩高荣 申请人:浙江大学