專利名稱：碳納米管-dna復(fù)合物修飾的玻炭電極及制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳納米管-DNA復(fù)合物修飾的玻炭電極及其制備方法和應(yīng)用，屬于碳 納米管-DNA復(fù)合物的應(yīng)用技術(shù)。
背景技術(shù)：
過(guò)氧化氫是許多生化反應(yīng)的產(chǎn)物或中間產(chǎn)物，與許多生物過(guò)程有關(guān)，通過(guò)測(cè)定過(guò)氧化 氫，可以間接測(cè)定許多底物或酶的含量。同時(shí)過(guò)氧化氫也是一種重要的化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于紡織、造紙、化工、電子、輕工、污水處理等工業(yè)。傳統(tǒng)的過(guò)氧化氫檢測(cè)技術(shù)如色 譜法、比色法、滴定法、紫外-可見光譜法、化學(xué)發(fā)光法等，總的來(lái)說(shuō)都比較耗時(shí)，易受 干擾物影響，且難以自動(dòng)檢測(cè)。如何連續(xù)自動(dòng)地測(cè)定過(guò)氧化氫濃度，特別是對(duì)生物化學(xué)過(guò) 程中動(dòng)態(tài)生成的低濃度過(guò)氧化氫高效精確測(cè)定，無(wú)論在技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都相當(dāng)重要。近些年以來(lái)，在電化學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上，酶電極傳感器由于其選擇性和高靈敏性被廣泛用于過(guò)氧化氫的測(cè)定，這些傳感器大多使用辣根過(guò)氧化物酶(HRP)作為生物催化劑，這種氧化酶對(duì)過(guò)氧化氫具有專一性和催化活性。但這種辣根過(guò)氧化物酶價(jià)格昂貴，缺乏一種簡(jiǎn)單有效的固定酶的方法，而且酶的活性容易受到外界條件的影響。很多材料如Nafion膜， 環(huán)糊精等被用來(lái)在電極上固定酶，但這種材料可能會(huì)阻礙電子轉(zhuǎn)移和酶的生物活性，該方 法比較昂貴，測(cè)量結(jié)果不是很穩(wěn)定，經(jīng)常在醫(yī)療事故中造成延誤。無(wú)機(jī)材料修飾電極價(jià)格便宜，而且具有穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，用于檢測(cè)過(guò)氧化氫濃度的在線 檢測(cè)技術(shù)越來(lái)越受到關(guān)注， 一些無(wú)機(jī)物質(zhì)(如鐵氰化物，鈣鈦礦型氧化物，Cu(II)絡(luò)合 物)用來(lái)制備過(guò)氧化氫傳感器，但其檢測(cè)效果不是很理想。碳納米管是獨(dú)特的一維量子線 并具有極高的表面-體積比，其電學(xué)性能對(duì)分子吸附非常敏感，由于優(yōu)良的性質(zhì)而被廣泛 應(yīng)用于生物傳感器的研究。揚(yáng)州大學(xué)李麗花、胡效亞等利用電化學(xué)方法在多壁碳納米管修 飾的玻炭電極表面聚合一層普魯士藍(lán)(PB)，制備出一種新型的過(guò)氧化氫傳感器；華南理工 大學(xué)王紅娟直接利用含有多壁碳納米管的Nafion分散液直接構(gòu)建出多壁碳納米管修飾電 極。但多壁碳納米管的導(dǎo)電性比較差，在電極表面不易分散，比表面積比較小，限制了檢 測(cè)效率。近年來(lái)，Zheng等發(fā)現(xiàn)DNA與碳納米管在普通水溶劑中有很強(qiáng)的相互作用。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種碳納米管-DNA復(fù)合物修飾的玻炭電極及其制備方法和應(yīng) 用，該碳納米管-DNA復(fù)合物修飾的玻炭電極結(jié)構(gòu)、制備過(guò)程簡(jiǎn)單，用于檢測(cè)過(guò)氧化氫含 量具有精確度高和快捷的特點(diǎn)。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的， 一種碳納米管-DNA復(fù)合物修飾的玻炭電極， 該電極以玻炭電極為基體，其特征在于，在玻炭電極基體外面涂敷碳納米管-DNA復(fù)合物 膜，碳納米管-DNA復(fù)合物膜的厚度為0. 1-200微米，所述的碳納米管-DNA復(fù)合物膜，是 由直徑為0.5-20納米的單壁的或多壁的碳納米管，與只含鳥嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T) 的單鏈DNA水溶液所形成的碳納米管-DNA復(fù)合物膜。上述的只含有G和T的單鏈DNA水溶液，為G的序列數(shù)為10-80， T的序列數(shù)為10-80 的單鏈DNA水溶液。上述的碳納米管-DNA修飾的玻炭電極的制備方法，其特征在于包括以下過(guò)程(1) 將直徑0.5-20納米的單壁的或多壁的碳納米管，按碳納米管的質(zhì)量mg，與質(zhì) 量濃度為0. 1-10. 0 mg/mL的僅含有G和T兩種堿基的單鏈DNA的水溶液的體積mL量之比 為0. 1:5配制碳納米管-DNA混合液，然后碳納米管-DNA混合液在冰水浴中以功率10-200 W超聲破碎處理0. 5-3. 0小時(shí)后，繼而以轉(zhuǎn)速為10000-20000 r/min離心分離0.5-3小時(shí)， 去除沉淀物，制得碳納米管-DNA溶液；(2) 將碳納米管-DNA溶液在液氮溫度下冷凍干燥，然后在冷凍狀態(tài)下,將碳納米管 溶液放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，干燥10-48小時(shí)，得到粉狀的碳納米管-DNA復(fù)合物，加入乙醇中 超聲分散，得到在乙醇中分散的碳納米管-DNA復(fù)合物；(3) 將直徑為3-10 mm的玻炭電極先后用粒徑0. lWn、 0. 05Mm的八1203粉體磨光至鏡面，在乙醇中超聲清洗10分鐘后晾干。用微量移液器抽取5-20 PL的乙醇中分散的碳納米管-DNA復(fù)合物溶液滴加到玻炭電極表面并覆蓋反應(yīng)區(qū)，置于真空干燥箱內(nèi)，在5(TC下烘干2小時(shí)，再重復(fù)進(jìn)行滴加和烘干操作2-IO次，然后將電極置于4'C的冰箱存放24小時(shí)，制得碳納米管-DNA修飾的玻炭電極。上述的只含有G和T的單鏈DNA水溶液，為G的序列數(shù)為10-80， T的序列數(shù)為10-80 的單鏈DNA水溶液。上述的碳納米管-DNA修飾的玻炭電極應(yīng)用于檢測(cè)過(guò)氧化氫溶液的濃度。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)制備過(guò)程簡(jiǎn)單，碳納米管在玻炭電極表面形成的薄膜能夠牢固的吸附在玻炭電極表面。檢測(cè)效果良好，在一個(gè)較大的濃度范圍內(nèi)對(duì)過(guò)氧化氫都有一個(gè)線性的響應(yīng)，尤其在低濃度下，對(duì)一些電活性物質(zhì)表現(xiàn)出良好的靈敏度。生物體內(nèi)很多物質(zhì) 的濃度都很低，簡(jiǎn)單的常規(guī)方法都難以準(zhǔn)確測(cè)得其濃度，本發(fā)明的方法過(guò)程簡(jiǎn)單，省時(shí)， 省力，易實(shí)現(xiàn)對(duì)生物體內(nèi)過(guò)氧化氫濃度的檢測(cè)。


附圖1為采用本發(fā)明實(shí)施例1所制得的碳納米管-DNA復(fù)合物膜修飾玻炭電極與碳納 米管修飾的玻炭電極、未修飾玻炭電極在濃度0.035mol/L的鐵氰化鉀溶液中測(cè)得的循環(huán) 伏安曲線圖。其中曲線1為未修飾玻炭電極測(cè)得的，曲線2為碳納米管修飾玻炭電極得的， 曲線3為碳納米管-DNA復(fù)合物修飾玻炭電極測(cè)得的。附圖2為采用本發(fā)明實(shí)施例1所制得的碳納米管-DNA復(fù)合物膜修飾玻炭電極與未修 飾玻炭電極對(duì)濃度0. 007mol/L鐵氰化鉀溶液所測(cè)得的循環(huán)伏安曲線圖。其中曲線1為未 修飾玻炭電極測(cè)得的、曲線2為碳納米管-DNA復(fù)合物修飾玻炭電極測(cè)得的。附圖3為采用本發(fā)明實(shí)施例2所制得的碳納米管-DNA復(fù)合物膜修飾玻炭電極在50 ml 磷酸鹽緩沖溶液中對(duì)每隔60s滴加100uL &02溶液(濃度為3. 5mol/L)測(cè)得計(jì)時(shí)電流曲 線，工作電壓為0.4V。附圖4為采用本發(fā)明實(shí)施例3所制得碳納米管-DNA復(fù)合物膜修飾玻炭電極在50 ml 磷酸鹽緩沖溶液中對(duì)每隔60s滴加50uLH2O2溶液(濃度為3.5mol/L)得時(shí)間-電流曲線， 工作電壓為0. 4V。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1取lmL(GT)2。單鏈DNA水溶液(濃度lmg/mL)，稱取lmg單壁碳納米管置于該溶液中， 在冰水浴中100W超聲分散2小時(shí)，溫度控制在4°C以下。將得到的混合物10000r/min高 速離心2小時(shí)，濾掉沉淀物，取上清液即得到碳納米管-DNA溶液。將碳納米管溶液在液 氮溫度下冷凍處理(將盛裝碳納米管溶液的試管放入液氮容器中，冷凍干燥20分鐘)；然 后在冷凍狀態(tài)下,將碳納米管溶液放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，干燥24小時(shí)，得到粉狀的碳納米管粉 末。然后取0.5g粉末在500)^L乙醇中超聲分散，得到乙醇中分散的碳納米管溶液。將玻 炭電極(03mm)先后用0. lm、 0. 05Mm A1A粉磨光至鏡面，在乙醇中超聲清洗10分鐘后 晾干。用微量移液器抽取5I^L碳納米管溶液滴加到玻炭電極表面并覆蓋反應(yīng)區(qū)，置于干燥箱內(nèi)，晾干后再重復(fù)滴加兩次，然后將電極置于4'C的冰箱存放10小時(shí)，得到碳納米管 -DNA膜修飾玻炭電極。采用該電極在三電極體系鐵氰化鉀溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，如 圖l所示，本發(fā)明碳納米管-DNA膜修飾玻炭電極靈敏度明顯高于其他電極。采用本發(fā)明所制得的碳納米管-DNA修飾玻炭電極對(duì)0.007mol/L濃度的K3Fe(CN)6溶液 進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，如圖2所示，從而可以看出本發(fā)明電極的響應(yīng)電流的增大更加明顯。實(shí)施例2取lmL(GT)6。單鏈DNA溶液(0. 5 mg/mL)，稱取2. Omg單壁碳納米管置于該溶液中， 在冰水浴中50W超聲3小時(shí)，溫度控制在4X:以下。將得到的混合物15000r/min高速離 心1小時(shí)，濾掉沉淀物，取上清液即得到碳納米管-DNA溶液。將碳納米管溶液在液氮溫 度下冷凍處理(將盛裝碳納米管溶液的試管放入液氮容器中，冷凍干燥20分鐘)；然后在 冷凍狀態(tài)下，將碳納米管溶液放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，干燥24小時(shí)，得到粉狀的碳納米管粉末。 然后取O. 5g粉末在500化乙醇中超聲分散，得到在乙醇中分散的碳納米管。將玻炭電極(0 3mm)先后用0.1Wi1、 0. 05Wn A1A粉磨光至鏡面，在乙醇中超聲清洗10分鐘后晾干。用微 量移液器抽取5A碳納米管溶液滴加到玻炭電極表面并覆蓋反應(yīng)區(qū)，置于干燥箱內(nèi)，晾干 后再重復(fù)滴加5次，然后將電極置于4'C的冰箱存放24小時(shí)。在50mL磷酸鹽緩沖溶液中 (pH=7)，加入O. lmol/LNaCl作為支持電解質(zhì)，選擇較為合適的0. 4V作為檢測(cè)過(guò)氧化氫 的工作電位，采用在線測(cè)量的計(jì)時(shí)電流測(cè)試方式，每隔60秒加入100 " L過(guò)氧化氫溶液(濃 度為3.5mol/L)，其響應(yīng)曲線如圖3所示。實(shí)施例3取lmL(GT)6。單鏈DNA溶液(1.5 mg/mL)，稱取1. 0 mg多壁碳納米管置于該溶液中， 在冰水浴中200W超聲1小時(shí)，溫度控制在4'C以下。將得到的混合物18000r/min高速離 心0.5小時(shí)，濾掉沉淀物，取上清液即得到碳納米管-DNA溶液。將碳納米管溶液在液氮 溫度下冷凍處理(將盛裝碳納米管溶液的試管放入液氮容器中，冷凍干燥20分鐘)；然后 在冷凍狀態(tài)下,將碳納米管溶液放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，干燥24小時(shí)，得到粉狀的碳納米管粉末。 然后取O. 5g粉末在50(mL乙醇中超聲分散，得到在乙醇中分散的碳納米管。將玻炭電極(cD 3腿)先后用0. l剛、0.05Wn Al203粉磨光至鏡面，在乙醇中超聲清洗10分鐘后晾干。用微 量移液器抽取5叱碳納米管溶液滴加到玻炭電極表面并覆蓋反應(yīng)區(qū)，置于干燥箱內(nèi)，晾干 后再重復(fù)滴加3次，然后將電極置于4"C的冰箱存放48小時(shí)。在50mL磷酸鹽緩沖溶液中(pH=7)，加入O. lmol/LNaCl作為支持電解質(zhì)，選擇較為合適的0. 4V作為檢測(cè)過(guò)氧化氫 的工作電位，采用在線測(cè)量的計(jì)時(shí)電流測(cè)試方式，每隔60秒加入50 u L過(guò)氧化氫溶液(濃 度為3.5mol/L)，其響應(yīng)曲線如圖4所示。
權(quán)利要求
1. 一種碳納米管-DNA復(fù)合物修飾的玻炭電極，該電極以玻炭電極為基體，其特征在于，在玻炭電極基體外面涂敷碳納米管-DNA復(fù)合物膜，碳納米管-DNA復(fù)合物膜的厚度為0.1-200微米，所述的碳納米管-DNA復(fù)合物膜，是由直徑為0.5-20納米的單壁的或多壁的碳納米管，與只含和的單鏈DNA水溶液所形成的碳納米管-DNA復(fù)合物膜。
2. 按權(quán)利要求1所述的碳納米管-DNA復(fù)合物修飾的玻炭電極，其特征在于，只含有 鳥嘌呤和胸腺嘧啶的單鏈DNA水溶液，為鳥嘌呤的序列數(shù)為10-80，胸腺嘧啶的序列數(shù)為 10-80的單鏈DNA水溶液。
3. —種權(quán)利要求1所述的碳納米管-DNA復(fù)合物修飾的玻炭電極制備方法，其特征在于包括以下過(guò)程(1) 將直徑0.5-20納米的單壁的或多壁的碳納米管，按碳納米管的質(zhì)量mg，與質(zhì) 量濃度為0. 1-10 mg/mL的僅含有鳥嘌呤和胸腺嘧啶兩種堿基的單鏈DNA的水溶液的體積 mL量￡比為0. 1:5配制碳納米管-DNA混合液，然后碳納米管-DNA混合液在冰水浴中以功 率10-200 W超聲破碎處理O. 5-3. 0小時(shí)后，繼而以轉(zhuǎn)速為10000-20000 r/min離心分離 0.5-3小時(shí)，去除沉淀物，制得碳納米管-DNA溶液；(2) 將碳納米管-DNA溶液在液氮溫度下冷凍干燥，然后在冷凍狀態(tài)下，將碳納米管 溶液放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，干燥10-48小時(shí)，得到粉狀的碳納米管-DNA復(fù)合物，加入乙醇中 超聲分散，得到在乙醇中分散的碳納米管-DNA復(fù)合物；(3) 將直徑為3-10 mra的玻炭電極先后用粒徑0. lMm、 0. 05Wn的A1A粉體磨光至鏡 面，在乙醇中超聲清洗IO分鐘后晾干，用微量移液器抽取5-20化的乙醇中分散的碳納 米管-DNA復(fù)合物溶液滴加到玻炭電極表面并覆蓋反應(yīng)區(qū)，置于真空干燥箱內(nèi)，在5(TC下 烘干2小時(shí)，再重復(fù)進(jìn)行滴加和烘干操作2-10次，然后將電極置于4'C的冰箱存放24小 時(shí)，制得碳納米管-DNA修飾的玻炭電極。
4. 按權(quán)利要求3所述的碳納米管-DNA復(fù)合物修飾的玻炭電極制備方法，其特征在于， 只含有鳥嘌呤和胸腺嘧啶的單鏈DNA水溶液，為鳥嘌呤的序列數(shù)為10-80，胸腺嘧啶的序 列數(shù)為10-80的單鏈DNA水溶液。
5. 按權(quán)利要求1所述的碳納米管-DNA復(fù)合物修飾的玻炭電極應(yīng)用，用于檢測(cè)過(guò)氧化氫溶液的濃度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳納米管-DNA復(fù)合物修飾的玻炭電極及其制備方法和應(yīng)用。所述的碳納米管-DNA復(fù)合物修飾的玻炭電極，是在玻炭電極基體外面涂敷碳納米管-DNA復(fù)合物膜而成。其制備方法過(guò)程，將碳納米管與只含G和T的單鏈DNA的水溶液配制碳納米管-DNA混合液，經(jīng)超聲破碎混合處理，再離心分離制得碳納米管-DNA溶液，再經(jīng)冷凍干燥得到粉狀的碳納米管-DNA復(fù)合物，在玻炭電極涂敷碳納米管-DNA復(fù)合物成膜制得碳納米管-DNA修飾的玻炭電極。所制得的碳納米管-DNA修飾的玻炭電極應(yīng)用于檢測(cè)過(guò)氧化氫溶液的濃度。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，特別易于實(shí)現(xiàn)對(duì)生物體內(nèi)過(guò)氧化氫濃度的檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N27/36GK101271079SQ20081005301
公開日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月7日
發(fā)明者向東亞, 楊全紅, 琪 王 申請(qǐng)人:天津大學(xué)