一種氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種葡萄糖氧化酶修飾氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極，包括葡萄糖氧化酶、氮摻雜二氧化鈦納米管陣列和鈦基片；所述葡萄糖氧化酶固定化于氮摻雜二氧化鈦納米管陣列的管口表面；氮摻雜二氧化鈦納米管陣列垂直排列在鈦基片上面，氮摻雜二氧化鈦納米管管底與鈦基片表面連接并形成一整體結構。還提供了該酶電極的制備方法及其在葡萄糖電化學生物傳感器和葡萄糖生物酶燃料電池中的應用。該酶電極以具有良好生物相容性、良好親水性、較好導電性的氮摻雜二氧化鈦作為電極基底材料，將葡萄糖氧化酶與牛血清白蛋白-戊二醛交聯(lián)劑通過交聯(lián)反應固定化于基底上制備而成，制備工藝簡單，易于放大實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，具有廣闊的實際應用價值和前景。
【專利說明】一種氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極及其制備方法和應用

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電化學材料領域，涉及一種葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極，還涉及該電極的制備方法和電化學生物傳感器與生物酶燃料電池應用。

【背景技術】
[0002]二氧化鈦材料具有良好的生物相容性、卓越的親水性，且其價格低廉，在光學、催化以及生物傳感等領域具有重要的應用。目前，各種各樣的納米結構的二氧化鈦被用于酶電極的制備領域。雖然二氧化鈦是一種具有良好發(fā)展前景的酶電極基底材料，但作為一種半導體材料，其導電性能較差，因此也限制了其在生物電催化領域的應用。所以，探索一種既能提升二氧化鈦材料的導電性，又不影響其生物相容性和親水性的有效手段是非常有意義的。
[0003]過渡金屬氮化物因其具有優(yōu)越的導電性，而備受廣大科研工作的關注。其中，氮化鈦具有良好的熱力學穩(wěn)定性、良好的生物相容性以及優(yōu)越的導電性，在電化學領域得到了廣泛的應用。
[0004]二氧化鈦和氮化鈦均可作為酶固定化載體材料，然而，二氧化鈦材料其導電性能差，氮化鈦親水性較差，而二氧化鈦和氮化鈦的中間狀態(tài)——氮摻雜二氧化鈦納米材料同時具備這兩種材料的優(yōu)點，既具有良好的生物相容性，良好的親水性，又具有較好的導電性，可以作為一種理想的酶固定化的載體材料。因此，基于氮摻雜二氧化鈦納米材料制備的酶電極將具有良好的生物電催化活性。
[0005]傳統(tǒng)交聯(lián)法酶固定化工藝通常直接將牛血清白蛋白、戊二醛與葡萄糖氧化酶混合在一起得到交聯(lián)反應混合液，然后再將交聯(lián)反應混合液涂抹于載體材料表面實現(xiàn)酶的固定化，這樣往往導致酶在固定化時包埋酶的活性位，從而降低了所制備酶電極的酶活性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的第一目的在于提供一種葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極。本發(fā)明的第二目的在于提供上述電極的制備方法。本發(fā)明的第三目的在于提供上述電極在生物傳感器以及生物酶燃料電池中應用。
[0007]技術方案:本發(fā)明提供的一種葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極，包括葡萄糖氧化酶(I)、氮摻雜二氧化鈦納米管陣列(2)和鈦基片(3);所述葡萄糖氧化酶(I)固定化于氮摻雜二氧化鈦納米管陣列(2)的管口表面；所述氮摻雜二氧化鈦納米管陣列(2)垂直排列在鈦基片(3)上面，氮摻雜二氧化鈦納米管管底與鈦基片(3)表面連接并形成一整體結構。
[0008]優(yōu)選地，所述氮摻雜二氧化鈦納米管陣列(2)的管內(nèi)直徑為60-100nm，管壁厚度為20-40nm ;所述鈦基片(3)的厚度為50-200 μ m。
[0009]本發(fā)明還提供了上述葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極的制備方法，包括以下步驟:
[0010](1)采用恒電壓陽極氧化法合成二氧化鈦納米管陣列:在二電極電化學反應體系中，以鈦片作為陽極、鉬片作為陰極，以乙二醇、水、氟化銨的混合液為反應電解液，進行陽極氧化反應，制得無定形態(tài)的有序結構二氧化鈦納米管陣列；
[0011](2)高溫煅燒處理:將無定形態(tài)的有序結構二氧化鈦納米管陣列置于馬弗爐中進行高溫煅燒處理，制得晶體相的二氧化鈦納米管陣列；
[0012](3)高溫氮摻雜處理:將晶體相的二氧化鈦納米管陣列置于管式氣氛爐中，在氨氣氣氛下進行高溫氮摻雜處理，制得氮摻雜二氧化鈦納米管陣列；
[0013](4)改進交聯(lián)法酶固定化工藝制備葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極:以牛血清白蛋白-戊二醛為交聯(lián)劑，采用改進交聯(lián)法酶固定化工藝將葡萄糖氧化酶固定化于吸附了牛血清白蛋白-戊二醛交聯(lián)劑的氮摻雜二氧化鈦納米管陣列管口表面，制得葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極；具體步驟如下:
[0014](4.1)將20-3011^牛血清白蛋白與0.05-0.15mL質量百分數(shù)25%的戊二醛水溶液一起溶解于ImL磷酸鹽緩沖溶液中，制得交聯(lián)劑混合溶液；將20-30mg葡萄糖氧化酶溶解于ImL磷酸鹽緩沖溶液中，制得酶溶液；將氮摻雜二氧化鈦納米管陣列材料浸泡在磷酸鹽緩沖溶液中，使氮摻雜二氧化鈦納米管陣列材料形成一個濕潤的親水性表面；
[0015](4.2)取交聯(lián)劑混合溶液涂抹于氮摻雜二氧化鈦納米管陣列表面，然后在空氣氣氛中靜置5-15min進行表面吸附，制得吸附了牛血清白蛋白-戊二醛交聯(lián)劑的氮摻雜二氧化鈦納米管陣列；
[0016](4.3)取酶溶液涂抹于吸附了牛血清白蛋白-戊二醛交聯(lián)劑的氮摻雜二氧化鈦納米管陣列表面，于4°C下靜置8-24h通過交聯(lián)反應固定化葡萄糖氧化酶；再浸泡于磷酸鹽緩沖溶液中以去除未固定化的葡萄糖氧化酶，最后在室溫下干燥，即得葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極。
[0017]步驟(1)中，所述恒電壓陽極氧化法條件為:氧化電壓為60V，氧化時間為l_3h，反應溫度為23-27°C ;反應電解液為含有水和氟化銨的乙二醇有機溶液，水的質量分數(shù)為
0.9-2.7%，氟化銨的質量分數(shù)為0.2-0.3%。
[0018]步驟(2)中，高溫煅燒處理溫度為400_500°C，時間為2_3h。
[0019]步驟⑶中，氨氣濃度為99.6%，氨氣流量為30-50mL/min ;高溫氮摻雜處理條件為:從室溫到300°C升溫，升溫速率為4-6°C /min ;從300到550°C升溫，升溫速率為1_3°C /min ;550°C恒溫反應 2_3h。
[0020]步驟(4)中，磷酸鹽緩沖溶液的濃度均為0.2M, pH值均為6.8。
[0021]本發(fā)明還提供了上述葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極在葡萄糖生物傳感器中的應用。
[0022]本發(fā)明還提供了上述葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極在葡萄糖檢測中的應用。
[0023]本發(fā)明還提供了上述葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極在葡萄糖生物酶燃料電池中的應用。
[0024]本發(fā)明還提供了上述葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極在葡萄糖生物酶電池產(chǎn)電中的應用。
[0025]有益效果:本發(fā)明提供的酶電極以具有良好生物相容性、良好親水性、較好導電性的氮摻雜二氧化鈦作為電極基底材料，將葡萄糖氧化酶與牛血清白蛋白-戊二醛交聯(lián)劑通過交聯(lián)反應固定化于基底上制備而成，制備工藝簡單，易于放大實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，具有廣闊的實際應用價值和前景。
[0026]本發(fā)明提供的葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極采用改進交聯(lián)法酶固定化工藝制得，改進交聯(lián)法酶固定化工藝先將牛血清白蛋白-戊二醛交聯(lián)劑首先吸附在載體材料表面，然后交聯(lián)劑與葡萄糖氧化酶進行交聯(lián)反應實現(xiàn)固定化，從而能夠很大程度提高酶電極的酶催化活性。
[0027]本發(fā)明提供的葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極應用范圍廣，可應用于葡萄糖生物傳感器、葡萄糖生物酶燃料電池、葡萄糖檢測和酶電池產(chǎn)電等領域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極的結構示意圖(其中，I為葡萄糖氧化酶，2為氮摻雜二氧化鈦納米管陣列，3為鈦基片)。
[0029]圖2為葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極的制備工藝流程圖(其中，a為鈦片，b為二氧化鈦納米管陣列，c為氮摻雜二氧化鈦納米管陣列，d為葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極;A為恒電壓陽極氧化工藝，B為高溫氮摻雜處理工藝，C為改進交聯(lián)法酶固定化工藝)。
[0030]圖3為氮摻雜二氧化鈦納米管陣列正面的掃描電子顯微鏡圖。
[0031]圖4為氮摻雜二氧化鈦納米管陣列側面的掃描電子顯微鏡圖。
[0032]圖5為葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極應用于葡萄糖生物傳感器的循環(huán)伏安曲線。
[0033]圖6為葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極應用于葡萄糖生物傳感器的標準曲線。
[0034]圖7為葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極應用于葡萄糖生物酶燃料電池的裝置圖。
[0035]圖8為葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極應用于葡萄糖生物酶燃料電池的極化曲線和能量密度曲線。

【具體實施方式】
[0036]以下結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述，需要指出的是，以下所述實施例旨在便于對本發(fā)明的理解。
[0037]實施例1
[0038]葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極的制備工藝，見圖2，包括步驟如下:
[0039](I)恒電壓陽極氧化法合成二氧化鈦納米管陣列:在二電極電化學反應體系中，以鈦片作為陽極、鉬片作為陰極，以乙二醇、水、氟化銨的混合液為反應電解液，進行陽極氧化反應制得二氧化鈦納米管陣列；所述恒電壓陽極氧化法條件為:氧化電壓為60V，氧化時間為3h，反應溫度為25°C，反應電解液為含有水和氟化銨的乙二醇有機溶液，水的質量分數(shù)為0.9%，氟化銨的質量分數(shù)為0.25%。
[0040](2)高溫煅燒處理:將二氧化鈦納米管陣列置于馬弗爐中450°C高溫煅燒3h，制得晶體相的二氧化鈦納米管陣列。
[0041](3)高溫氮摻雜處理:將晶體相的二氧化鈦納米管陣列置于在管式氣氛爐中，在濃度為99.6%、流量為50mL/min的氨氣氣氛下進行高溫氮摻雜處理，得到有序結構的氮化鈦納米管陣列；高溫氮摻雜處理條件為:從室溫到300°C升溫，升溫速率為5°C /min ;從300到550°C升溫，升溫速率為2V /min ;550°C恒溫反應3h。制得有序結構的氮摻雜二氧化鈦納米管陣列的正面掃描電子顯微鏡圖見圖3，側面掃描電子顯微鏡圖見圖4。結果顯示，氮摻雜二氧化鈦納米管陣列2的管內(nèi)直徑為60-100nm，管壁厚度為20_40nm ;鈦基片3的厚度為 50-200 μ m。
[0042](4)改進交聯(lián)法酶固定化工藝制備葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極:將25mg牛血清白蛋白與0.1mL質量百分數(shù)為25%戊二醛水溶液一起溶解于ImL磷酸鹽緩沖溶液中，制得交聯(lián)劑混合溶液；將25mg葡萄糖氧化酶溶解于ImL磷酸鹽緩沖溶液中，制得酶溶液；將氮摻雜二氧化鈦納米管陣列材料浸泡在磷酸鹽緩沖溶液中，使氮摻雜二氧化鈦納米管陣列材料形成一個濕潤的親水性表面；取牛血清白蛋白-戊二醛交聯(lián)劑混合溶液涂抹于氮摻雜二氧化鈦納米管陣列，然后在空氣氣氛中放置1min進行表面吸附，制得吸附了牛血清白蛋白-戊二醛交聯(lián)劑的氮摻雜二氧化鈦納米管陣列；取葡萄糖氧化酶溶液涂抹于吸附了牛血清白蛋白-戊二醛交聯(lián)劑的氮摻雜二氧化鈦納米管陣列，然后將其在4°C下放置12h進行固定化葡萄糖氧化酶，再浸泡于磷酸鹽緩沖溶液中以去除未固定化的葡萄糖氧化酶，最后在室溫下干燥，制得葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極。其中，磷酸鹽緩沖溶液的濃度均為0.2M, pH值均為6.8。
[0043]制得的葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極，見圖1，包括葡萄糖氧化酶(I)、氮摻雜二氧化鈦納米管陣列⑵和鈦基片⑶三部分構成，葡萄糖氧化酶⑴固定化于氮摻雜二氧化鈦納米管陣列(2)的管口表面，氮摻雜二氧化鈦納米管陣列(2)垂直排列在鈦基片(3)上面，氮摻雜二氧化鈦納米管管底與鈦基片表面直接相互連接并且形成一整體結構。
[0044]實施例2
[0045]葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極的制備工藝，見圖2，包括步驟如下:
[0046](I)恒電壓陽極氧化法合成二氧化鈦納米管陣列:在二電極電化學反應體系中，以鈦片作為陽極、鉬片作為陰極，以乙二醇、水、氟化銨的混合液為反應電解液，進行陽極氧化反應制得二氧化鈦納米管陣列；所述恒電壓陽極氧化法條件為:氧化電壓為60V，氧化時間為2h，反應溫度為23°C，反應電解液為含有水和氟化銨的乙二醇有機溶液，水的質量分數(shù)為1.8%,氟化銨的質量分數(shù)為0.2%。
[0047](2)高溫煅燒處理:將二氧化鈦納米管陣列置于馬弗爐中400°C高溫煅燒2.5h，制得晶體相的二氧化鈦納米管陣列。
[0048](3)高溫氮摻雜處理:將晶體相的二氧化鈦納米管陣列置于在管式氣氛爐中，在濃度為99.6%、流量為40mL/min的氨氣氣氛下進行高溫氮摻雜處理，得到有序結構的氮化鈦納米管陣列；高溫氮摻雜處理條件為:從室溫到300°C升溫，升溫速率為4°C /min ;從300到550°C升溫，升溫速率為1°C /min ;550°C恒溫反應2h，制得有序結構的氮摻雜二氧化鈦納米管陣列。
[0049](4)改進交聯(lián)法酶固定化工藝制備葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極:將20mg牛血清白蛋白與0.15mL質量百分數(shù)為25%戊二醛水溶液一起溶解于ImL磷酸鹽緩沖溶液中，制得交聯(lián)劑混合溶液df30mg葡萄糖氧化酶溶解于ImL磷酸鹽緩沖溶液中，制得酶溶液；將氮摻雜二氧化鈦納米管陣列材料浸泡在磷酸鹽緩沖溶液中，使氮摻雜二氧化鈦納米管陣列材料形成一個濕潤的親水性表面；取牛血清白蛋白-戊二醛交聯(lián)劑混合溶液涂抹于氮摻雜二氧化鈦納米管陣列，然后在空氣氣氛中放置5min進行表面吸附，制得吸附了牛血清白蛋白-戊二醛交聯(lián)劑的氮摻雜二氧化鈦納米管陣列；取葡萄糖氧化酶溶液涂抹于吸附了牛血清白蛋白-戊二醛交聯(lián)劑的氮摻雜二氧化鈦納米管陣列，然后將其在4°C下放置8h進行固定化葡萄糖氧化酶，再浸泡于磷酸鹽緩沖溶液中以去除未固定化的葡萄糖氧化酶，最后在室溫下干燥，制得葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極。其中，磷酸鹽緩沖溶液的濃度均為0.2M, pH值均為6.8。
[0050]實施例3
[0051]葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極的制備工藝，見圖2，包括步驟如下:
[0052](I)恒電壓陽極氧化法合成二氧化鈦納米管陣列:在二電極電化學反應體系中，以鈦片作為陽極、鉬片作為陰極，以乙二醇、水、氟化銨的混合液為反應電解液，進行陽極氧化反應制得二氧化鈦納米管陣列；所述恒電壓陽極氧化法條件為:氧化電壓為60V，氧化時間為lh，反應溫度為27°C，反應電解液為含有水和氟化銨的乙二醇有機溶液，水的質量分數(shù)為2.7%，氟化銨的質量分數(shù)為0.30%。
[0053](2)高溫煅燒處理:將二氧化鈦納米管陣列置于馬弗爐中500°C高溫煅燒2h，制得晶體相的二氧化鈦納米管陣列。
[0054](3)高溫氮摻雜處理:將晶體相的二氧化鈦納米管陣列置于在管式氣氛爐中，在濃度為99.6%、流量為30mL/min的氨氣氣氛下進行高溫氮摻雜處理，得到有序結構的氮化鈦納米管陣列；高溫氮摻雜處理條件為:從室溫到300°C升溫，升溫速率為6°C /min ;從300到550°C升溫，升溫速率為3°C /min ;550°C恒溫反應2.5h，制得有序結構的氮摻雜二氧化鈦納米管陣列。
[0055](4)改進交聯(lián)法酶固定化工藝制備葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極:將30mg牛血清白蛋白與0.05mL質量百分數(shù)為25%戊二醛水溶液一起溶解于ImL磷酸鹽緩沖溶液中，制得交聯(lián)劑混合溶液；將20mg葡萄糖氧化酶溶解于ImL磷酸鹽緩沖溶液中，制得酶溶液；將氮摻雜二氧化鈦納米管陣列材料浸泡在磷酸鹽緩沖溶液中，使氮摻雜二氧化鈦納米管陣列材料形成一個濕潤的親水性表面；取牛血清白蛋白-戊二醛交聯(lián)劑混合溶液涂抹于氮摻雜二氧化鈦納米管陣列，然后在空氣氣氛中放置15min進行表面吸附，制得吸附了牛血清白蛋白-戊二醛交聯(lián)劑的氮摻雜二氧化鈦納米管陣列；取葡萄糖氧化酶溶液涂抹于吸附了牛血清白蛋白-戊二醛交聯(lián)劑的氮摻雜二氧化鈦納米管陣列，然后將其在4°C下放置24h進行固定化葡萄糖氧化酶，再浸泡于磷酸鹽緩沖溶液中以去除未固定化的葡萄糖氧化酶，最后在室溫下干燥，制得葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極。其中，磷酸鹽緩沖溶液的濃度均為0.2M, pH值均為6.8。
[0056]實施例4
[0057]將實施例1制得的葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極應用于葡萄糖電化學生物傳感器，并進行葡萄糖檢測應用，測試方法如下:
[0058]在三電極體系中，以pH = 6.8、濃度為0.2M的磷酸鹽緩沖液為工作電解液，葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極為工作電極，鉬片為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，采用電化學工作站(CHI760D)進行循環(huán)伏安測試，根據(jù)循環(huán)伏安測試數(shù)據(jù)計算檢測靈敏度和檢測濃度線性范圍。
[0059]葡萄糖電化學生物傳感器的循環(huán)伏安曲線見圖5。葡萄糖電化學生物傳感器的標準曲線見圖6。結果顯示，該葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極應用葡萄糖電化學生物傳感器，檢測靈敏度為1662.57 μ A Hir1Cnr2,檢測濃度線性范圍為0.1?0.5mM,線性相關系數(shù)為R2 = 0.9858。
[0060]實施例5
[0061]將實施例1制得的葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極應用于葡萄糖生物酶燃料電池，并進行了酶電池產(chǎn)電應用。
[0062]葡萄糖生物酶燃料電池的裝置，見圖7，所述的葡萄糖生物酶燃料電池采用雙極室電池結構、陽極為葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極，陽極電解液為含有
1.0mM葡萄糖、pH = 6.8、氮氣飽和的0.2M磷酸鹽緩沖液；陰極室與陽極室之間的分隔膜采用Naf1n質子交換膜；陰極為Pt/C電極片，陰極電解液為pH = 6.8、氧氣飽和的0.2M磷酸鹽緩沖液。通過改變葡萄糖生物酶燃料電池的外接電阻測定得到了極化曲線和能量密度曲線，葡萄糖生物酶燃料電池的極化曲線和能量密度曲線見圖8。結果顯示:葡萄糖生物酶燃料電池的開路電壓為0.282V，短路電流為0.372mA cm_2，最大能量密度為23.92 μ W cm_2。
【權利要求】
1.一種葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極，其特征在于:包括葡萄糖氧化酶(I)、氮摻雜二氧化鈦納米管陣列(2)和鈦基片(3);所述葡萄糖氧化酶(I)固定化于氮摻雜二氧化鈦納米管陣列(2)的管口表面；所述氮摻雜二氧化鈦納米管陣列(2)垂直排列在鈦基片(3)上面，氮摻雜二氧化鈦納米管管底與鈦基片(3)表面連接并形成一整體結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極，其特征在于:所述氮摻雜二氧化鈦納米管陣列(2)的管內(nèi)直徑為60-100nm，管壁厚度為20-40nm ;所述鈦基片(3)的厚度為50-200 μ m。
3.權利要求1至2任一項所述的葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)采用恒電壓陽極氧化法合成二氧化鈦納米管陣列:在二電極電化學反應體系中，以鈦片作為陽極、鉬片作為陰極，以乙二醇、水、氟化銨的混合液為反應電解液，進行陽極氧化反應，制得無定形態(tài)的有序結構二氧化鈦納米管陣列； (2)高溫煅燒處理:將無定形態(tài)的有序結構二氧化鈦納米管陣列置于馬弗爐中進行高溫煅燒處理，制得晶體相的二氧化鈦納米管陣列； (3)高溫氮摻雜處理:將晶體相的二氧化鈦納米管陣列置于管式氣氛爐中，在氨氣氣氛下進行高溫氮摻 雜處理，制得氮摻雜二氧化鈦納米管陣列； (4)改進交聯(lián)法酶固定化工藝制備葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極:以牛血清白蛋白-戊二醛為交聯(lián)劑，采用改進交聯(lián)法酶固定化工藝將葡萄糖氧化酶固定化于吸附了牛血清白蛋白-戊二醛交聯(lián)劑的氮摻雜二氧化鈦納米管陣列管口表面，即得葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極，具體步驟如下: (4.1)將20-30mg牛血清白蛋白與0.05-0.15mL質量百分數(shù)25%的戊二醛水溶液一起溶解于ImL磷酸鹽緩沖溶液中，制得交聯(lián)劑混合溶液；將20-30mg葡萄糖氧化酶溶解于ImL磷酸鹽緩沖溶液中，制得酶溶液；將氮摻雜二氧化鈦納米管陣列材料浸泡在磷酸鹽緩沖溶液中，使氮摻雜二氧化鈦納米管陣列材料形成一個濕潤的親水性表面； (4.2)取交聯(lián)劑混合溶液涂抹于氮摻雜二氧化鈦納米管陣列表面，然后在空氣氣氛中靜置5-15min進行表面吸附，制得吸附了牛血清白蛋白-戊二醛交聯(lián)劑的氮摻雜二氧化鈦納米管陣列； (4.3)取酶溶液涂抹于吸附了牛血清白蛋白-戊二醛交聯(lián)劑的氮摻雜二氧化鈦納米管陣列表面，于4°C下靜置8-24h通過交聯(lián)反應固定化葡萄糖氧化酶；再浸泡于磷酸鹽緩沖溶液中以去除未固定化的葡萄糖氧化酶，最后在室溫下干燥，制得葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極。
4.根據(jù)權利要求3所述的葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極的制備方法，其特征在于:步驟(1)中，所述恒電壓陽極氧化法條件為:氧化電壓為60V，氧化時間為l_3h,反應溫度為23-27°C ;反應電解液為含有水和氟化銨的乙二醇有機溶液，水的質量分數(shù)為0.9-2.7%，氟化銨的質量分數(shù)為0.2-0.3%。
5.根據(jù)權利要求3所述的葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，高溫煅燒處理溫度為400-500°C，時間為2-3h。
6.根據(jù)權利要求3所述的葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極的制備方法，其特征在于:步驟(3)中，氨氣濃度為99.6%，氨氣流量為30-50mL/min ;高溫氮摻雜處理條件為:從室溫到300°C升溫，升溫速率為4-6°C /min ;從300到550°C升溫，升溫速率為1-3°C /min ;550°C恒溫反應2_3h ;步驟⑷中，磷酸鹽緩沖溶液的濃度均為0.2M，pH值均為6.8。
7.權利要求1至2任一項所述的葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極在葡萄糖生物傳感器中的應用。
8.權利要求1至2任一項所述的葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極在葡萄糖檢測中的應用。
9.權利要求1至2任一項所述的葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極在葡萄糖生物酶燃料電池中的應用。
10.權利要求1至2所述的葡萄糖氧化酶-氮摻雜二氧化鈦納米管陣列酶電極在葡萄糖生物酶電池產(chǎn)電中的 應用。
【文檔編號】G01N27/327GK104076077SQ201410291249
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權日:2014年6月25日
【發(fā)明者】謝一兵, 王瑋 申請人:東南大學