一種基于蛋白質(zhì)的石墨烯-單壁碳納米管-納米金復(fù)合物的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料的領(lǐng)域，具體涉及一種基于蛋白質(zhì)的石墨稀-單壁碳納米管-納米金復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)材料，它可看作是構(gòu)建其它維數(shù)碳質(zhì)材料(如零維富勒稀、一維納米碳管、三維石墨)的基本單元?；谑〉募{米復(fù)合材料在能量儲存、液晶器件、電子器件、生物材料、傳感材料和催化劑載體等領(lǐng)域展現(xiàn)出許多優(yōu)良性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。石墨烯的上下兩個表面都是懸空的，可以用來負載眾多種類的物質(zhì)，此特征使石墨稀成為理想的載體材料。同時，金屬納米粒子也具有高的比表面積和較好的催化效果，由此可知，石墨烯與金屬納米粒子組成的復(fù)合物在眾多方面(如:催化、傳感等)擁有更好的應(yīng)用前景。而且，石墨烯是二維結(jié)構(gòu)的材料，碳納米管是一維結(jié)構(gòu)的材料，它們可以組合成三維結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)材料，發(fā)揮協(xié)同作用，從而提高其電化學(xué)性能。
[0003]由于石墨烯具有許多優(yōu)異的性能，許多學(xué)者致力于石墨烯及其復(fù)合材料的制備方法研究。目前，制備石墨烯的主要方法為化學(xué)法。即首先將石墨氧化，然后用還原劑(水合肼、對苯二酚、硼氫化鈉等)還原制得石墨烯。由于這些還原劑具有很強的毒性或者很強的腐蝕性。所以很多的研究者在此基礎(chǔ)上將目光投向了無毒，環(huán)境友好的新穎還原技術(shù)。近年來，由美國化學(xué)會(ACS)提出的“綠色化學(xué)”，越來越得到世界的廣泛響應(yīng)。Fan等用環(huán)境友好型還原劑鋁粉在酸性條件下將氧化石墨烯轉(zhuǎn)化為還原態(tài)石墨烯(RGO)，該法操作簡單，僅需30分鐘。Chen等用含硫化合物(NaHS03、Na2S03等)做為還原劑，制得石墨稀，該還原劑低毒且不易揮發(fā)，還原效果與肼做還原劑不相上下。還有研究者使用維他命C作為還原劑，和水合肼相比取得了更大的收益，而且無論在水中還是有機溶劑中分散性都較好。因此，我們也在致力于研究一種新的綠色的方法用來制備石墨烯及其復(fù)合材料。
[0004]葡萄糖的分析與檢測對人類的健康及疾病的診斷、治療和控制有著重要意義，因此，葡萄糖傳感器的研究始終是化學(xué)與生物傳感器研究的熱點之一。在諸多類型的葡萄糖傳感器中，有關(guān)葡萄糖電化學(xué)傳感器的研究較多。常見的葡萄糖電化學(xué)傳感器主要分為有酶和無酶兩種類型。然而，由于酶的活性易受到周圍環(huán)境如溫度、濕度及化學(xué)環(huán)境等因素的影響，且已固載上的酶可能會泄漏，以致影響傳感器的穩(wěn)定性及使用壽命，在一定程度上限制了該類傳感器的應(yīng)用范圍。無酶葡萄糖傳感器是一種基于葡萄糖分子在相關(guān)催化活性材料表面的電催化氧化信號對其進行定性及定量檢測的傳感裝置。
[0005]專利申請?zhí)枮?01510284749.8，專利名稱為一種基于CuO薄膜的無酶葡萄糖傳感器電極材料的制備方法，公開了一種基于CuO薄膜的無酶葡萄糖傳感器電極材料的制備方法，其步驟主要包括:(I)導(dǎo)電基體預(yù)處理；(2)采用電化學(xué)沉積法在導(dǎo)電玻璃基底上制備具有特殊結(jié)構(gòu)的Cu2O薄膜；(3)將電沉積制備所得的Cu2O薄膜在空氣氛圍下熱處理，可將其氧化為具有相似結(jié)構(gòu)的Cu0薄膜，可直接用作無酶葡萄糖傳感器的電極材料，簡化了電極制作過程。該CuO薄膜由若干球形粒子自組裝構(gòu)成的球形團簇單元組成，形貌均勻，比表面積高，可以達到提高葡萄糖檢測靈敏度的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于蛋白質(zhì)的石墨烯-單壁碳納米管-納米金復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用，致力于結(jié)合納米金與石墨稀和碳納米管的諸多優(yōu)點，構(gòu)建一種新型高性能的無酶葡萄糖生物傳感器。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種基于蛋白質(zhì)的石墨稀-單壁碳納米管-納米金復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下:
1.1氧化石墨烯-單壁碳納米管的制備:首先將5 mg GO和5 mg SWCNT分散到10 mL超純水中，然后攪拌條件下超聲2 h，得到GO-SWCNT懸浮液。
[0007]1.2向得到的GO-SWCNT懸浮液中加入4.0 mL 1% (w/w) HAuCU超聲攪拌0.5 h,之后加入300 mg BSA并攪拌使其溶解，用I M NaOH調(diào)節(jié)pH至堿性，然后將混合液移入圓底燒瓶中90 °C加熱攪拌回流3 h。最后用超純水離心洗滌多次，得到的沉淀在60 °C下真空干燥一夜，即制得產(chǎn)物。
[0008]2 一種無酶葡萄糖生物傳感器的構(gòu)建方法及其應(yīng)用和測試方法，
2.1以5 yL I mg/mL石墨稀-單壁碳納米管-納米金復(fù)合材料修飾的玻碳電極為工作電極，Ag/AgCl為參比電極，鉑電極為對電極，用線性掃描伏安法(LSV)測定0.1 M NaOH中含有的不同的葡萄糖標準濃度。
[0009]2.2繪制不同葡萄糖標準濃度對應(yīng)響應(yīng)電流值的線性關(guān)系圖，得到線性關(guān)系。
[0010]2.3測試待測葡萄糖溶液相同條件下的相應(yīng)電流值，根據(jù)步驟2.2得到的線性關(guān)系計算出待測葡萄糖的濃度。
[0011]本發(fā)明采用牛血清白蛋白(BSA)作為還原劑，堿性條件下制備石墨烯-單壁碳納米管-納米金復(fù)合材料，目前還沒有文獻報道。該方法具有方法簡單，不需要加入任何有毒還原試劑，利用率高等優(yōu)點，BSA除了作為還原劑外，還可以作為穩(wěn)定劑，穩(wěn)定被還原的rGO和Au NPs，是一種高效環(huán)保且有利于大規(guī)模生產(chǎn)的制備方法。而且該材料修飾的電極對葡萄糖的檢測比較靈敏，線性范圍:1x10—5-80 mM，這與專利申請?zhí)枮?01510284749.8，專利名稱為一種基于CuO薄膜的無酶葡萄糖傳感器電極材料的制備方法中公開的檢測范圍0.0OlmM至Ij0.6mM范圍相比具有更寬的檢測范圍。本發(fā)明對葡萄糖的檢測限:2.2 nM。可以構(gòu)建新型高性能的無酶葡萄糖生物傳感器。
【附圖說明】
[0012]圖1為rGO-SWCNT-BSA-Au納米復(fù)合材料和GO-SWCNT的紫外吸收光譜圖；
圖2為裸電極(a)，rG0-BSA-Au (b) ,SffCNT-BSA-Au (c)和rGO-SWCNT-BSA-Au (d)在I M H2SO4中的CV圖;
圖3為rGO-SWCNT-BSA-Au在含有不同葡萄糖濃度的0.1 M NaOH中的CV圖。
【具體實施方式】
[0013]實施例1
首先將5 mg GO和5 mg SWCNT分散到10 mL超純水中，然后攪拌條件下超聲2 h，得到GO-SWCNT懸浮液。向得到的GO-SWCNT懸浮液中加入4.0 mL 1% (w/w) HAuCl4超聲攪拌0.5h,之后加入300 mg BSA并攪拌使其溶解，用I M NaOH調(diào)節(jié)pH至堿性，然后將混合液移入圓底燒瓶中90 °C加熱攪拌回流3 h。最后在12000r/min轉(zhuǎn)速下離心獲取下層沉淀物，用超純水洗滌下層沉淀物，離心分離，重復(fù)多次，直至上層清液的PH值在7左右，得到的沉淀在60°(:下真空干燥一夜，即制得產(chǎn)物。通過紫外吸收光譜如圖1可以看出制得的復(fù)合物在268 nm處有吸收峰，230 nm處沒有吸收峰，說明氧化石墨烯已被還原為石墨烯；而且復(fù)合物在520nm左右有很強的吸收峰，說明有大量納米金生成。
[0014]實施例2
分別用相同條件下制得的復(fù)合材料:rGO-BSA-Au，SffCNT-BSA-Au，rGO-SWCNT-BSA-Au和裸電極修飾玻碳電極后，采用三電極體系(玻碳電極為工作電極，鉑電極為對電極，Ag/AgCl電極為參比電極)在5 mL I M H2SO4溶液中進行循環(huán)伏安法測試，掃速為100 mV s—S電壓范圍為O?1.8 V，rGO-BSA-Au，SWCNT-BSA-Au和rGO-SWCNT-BSA-Au這3種材料都在1.1V左右開始出現(xiàn)陽極氧化峰，在0.98V左右出現(xiàn)很明顯的陰極還原峰，且無論氧化峰還是還原峰都是rGO-SWCNT-BSA-Au的峰強度最強。如圖2所示。說明石墨烯和單壁碳納米管組合形成了三維結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)材料，發(fā)揮其協(xié)同作用，從而提高了其電化學(xué)性能。
[0015]實施例3
rGO-SWCNT-BSA-Au修飾玻碳電極檢測葡萄糖的電化學(xué)行為:采用三電極體系(玻碳電極為工作電極，鉑電極為對電極，Ag/AgCl電極為參比電極)在5 mL含有O (a)、5 mM (b)、10mM (c)、15 mM (d)、20 mM (e)和30 mM (f)標準濃度的葡萄糖的0.1 M NaOH溶液中進行循環(huán)伏安法測試，掃速為100 mV s—1，電壓范圍為-1V?I V。電解液中加了葡萄糖后在O V左右會有一個新的峰出現(xiàn)，且隨著葡萄糖濃度的增大，O V左右納米金的還原峰會逐漸減小，伴隨著新出的峰逐漸增大，如圖3所示。說明制得rGO-SWCNT-BSA-Au納米復(fù)合材料對葡萄糖的響應(yīng)良好。根據(jù)測算對葡萄糖檢測的線性范圍為1x10—5-80 mM，檢出限為2.2 nM。
【主權(quán)項】
1.一種基于蛋白質(zhì)的石墨稀-單壁碳納米管-納米金復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟: 步驟一:制備濃度為0.5 mg mL—1的GO-SWCNT懸浮液； 步驟二:向步驟一得到的GO-SWCNT懸浮液中加入一定量的質(zhì)量百分數(shù)為1% HAuCl4超聲攪拌，之后加入一定質(zhì)量的BSA并攪拌使其溶解，用NaOH調(diào)節(jié)pH至堿性，然后將混合液移入圓底燒瓶中加熱攪拌回流3 h，最后用超純水多次離心洗滌沉淀，得到的沉淀真空干燥，即制得產(chǎn)物。2.—種根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于蛋白質(zhì)的石墨烯-單壁碳納米管-納米金復(fù)合材料的制備方法制備得到的基于蛋白質(zhì)的石墨烯-單壁碳納米管-納米金復(fù)合材料，用于對葡萄糖的檢測。3.—種根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于蛋白質(zhì)的石墨烯-單壁碳納米管-納米金復(fù)合材料的制備方法制備的rGO-SWCNT-BSA_Au納米復(fù)合材料用于檢測匍萄糖的方法，包括以下步驟: 步驟一:以rGO-SWCNT-BSA-Au納米復(fù)合材料修飾的玻碳電極為工作電極，鉑電極為對電極，Ag/AgCl電極為參比電極，在含有不同標準濃度的葡萄糖的0.1 M NaOH溶液中進行循環(huán)伏安法測試，根據(jù)濃度和峰電流值的線性關(guān)系，繪制線性曲線； 步驟二，測試待測樣品的峰值電流，根據(jù)步驟一得到的線性曲線，計算待測葡萄糖溶液的濃度。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的rGO-SWCNT-BSA-Au納米復(fù)合材料用于檢測葡萄糖的方法，其特征在于檢測葡萄糖的濃度線性范圍為1x10—5-80 mM。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于蛋白質(zhì)的石墨烯-單壁碳納米管-納米金復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用，包括如下步驟：制備氧化石墨烯-單壁碳納米管懸浮液。向得到的GO-SWCNT懸浮液中加入4.0mL？1%(w/w)？HAuCl4超聲攪拌0.5h,之后加入300mgBSA并攪拌使其溶解，用1M？NaOH調(diào)節(jié)pH至堿性，然后將混合液移入圓底燒瓶中90℃加熱攪拌回流3h。在12000r/min轉(zhuǎn)速下離心獲取下層沉淀物，用超純水洗滌下層沉淀物，離心分離，重復(fù)多次，直至上層清液的pH值在7左右，得到的沉淀在60℃下真空干燥一夜，即制得產(chǎn)物。
【IPC分類】G01N27/30, G01N27/48
【公開號】CN105606684
【申請?zhí)枴緾N201610068720
【發(fā)明人】孔粉英, 羅雨, 王偉, 方海林
【申請人】鹽城工學(xué)院
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年2月1日