專(zhuān)利名稱(chēng)：針尖式石墨烯電化學(xué)電極的制備方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種用于電化學(xué)生物傳感的針尖式石墨烯電化學(xué)電極的制備方法及其在電化學(xué)生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
電化學(xué)生物傳感器在當(dāng)今高靈敏生物分子檢測(cè)、臨床醫(yī)學(xué)和遺傳工程研究領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用。其中，電化學(xué)電極對(duì)微量液滴樣品的分析檢測(cè)和細(xì)胞內(nèi)代謝過(guò)程的實(shí)時(shí)檢測(cè)成為生物傳感研究領(lǐng)域中的ー個(gè)熱點(diǎn)，而電化學(xué)電極性能的改進(jìn)和提高對(duì)擴(kuò)展電化學(xué)生物傳感器在微量樣品分析檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用和保證其穩(wěn)定運(yùn)行起決定作用。 石墨烯是由單層碳原子組成的ニ維蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu)，具有超高的電子遷移率、大的比表面積和優(yōu)異的物理、化學(xué)、光學(xué)和機(jī)械性能，在場(chǎng)效應(yīng)晶體管、納米電子生物傳感、透明導(dǎo)電薄膜、復(fù)合材料等領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景，其中石墨烯修飾玻碳電極在生物傳感領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的研究，但這些基于氧化石墨烯改性玻碳電極得到的功能化電化學(xué)電極尺寸大、功能化修飾困難，特別是難以實(shí)現(xiàn)對(duì)微量液滴生物樣品的檢測(cè)及活性細(xì)胞內(nèi)PH值、葡萄糖、蛋白質(zhì)、信號(hào)因子等變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，這在一定程度上大大地限制了其在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用，在材料性能優(yōu)化基礎(chǔ)上，制備微納米針尖結(jié)構(gòu)的電化學(xué)電極可以從根本上解決上述問(wèn)題。石墨烯具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、導(dǎo)電性好、比表面積大、容易實(shí)現(xiàn)表面功能化修飾和漏電電流小等特點(diǎn)，是制備高靈敏電化學(xué)生物傳感器電極、特別是針尖式微納米電化學(xué)電極的理想電極材料。然而，目前利用石墨烯結(jié)合微納米針尖直接制備電化學(xué)電極并功能化后研究其在電化學(xué)生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用還少見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供ー種用于電化學(xué)生物傳感的針尖式石墨烯電化學(xué)電極的制備方法及其在電化學(xué)生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。技術(shù)方案本發(fā)明所提供的一種制備針尖式石墨烯電化學(xué)電極的方法及針尖式電化學(xué)電極在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用，其制備方法包括以下步驟
1)將化學(xué)氣相沉積合成的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到玻璃針尖表面；
2)用導(dǎo)電銀膠水將石墨烯薄膜一端與金屬導(dǎo)線一端連接，形成非功能化的針尖式石墨烯電化學(xué)電極；
3)以硝酸鈷水溶液為電解液，在針尖式石墨烯表面電化學(xué)沉積氫氧化鈷，沉積時(shí)間為30 600s ；
4)將沉積有氫氧化鈷的針尖式電化學(xué)電極用蒸餾水洗滌并烘干，在馬弗爐中300-500°C下焙燒2-4小時(shí)，形成四氧化三鈷功能化的針尖式石墨烯電化學(xué)電極。所述的針尖式石墨烯電化學(xué)電極的玻璃針尖直徑為100 ηπΓ Ο μ m。所述的金屬導(dǎo)線材質(zhì)為銅、鈦、金或銀。
所述的非功能化針尖式石墨烯電化學(xué)電極可作為微納米對(duì)電極，可以與工作電極構(gòu)成回路。所述的四氧化三鈷功能化針尖式石墨烯電化學(xué)電極可進(jìn)行葡萄糖的無(wú)酶檢測(cè)。所述的四氧化三鈷功能化針尖式石墨烯電化學(xué)電極可進(jìn)行微量液滴樣品或細(xì)胞內(nèi)葡萄糖的選擇性無(wú)酶檢測(cè)。有益效果與現(xiàn)有電化學(xué)電極生物傳感技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在 于
1、本發(fā)明首次公開(kāi)ー種新型的針尖式石墨烯電化學(xué)電極制備方法，該電極制備エ藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉；
2、本發(fā)明所制備的針尖式石墨烯電化學(xué)電極尺寸小，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)微量液滴樣品的分析檢測(cè)和活性細(xì)胞內(nèi)代謝過(guò)程的實(shí)時(shí)檢測(cè)；
3、本發(fā)明所制備的針尖式石墨烯電化學(xué)電極表面容易功能化修飾，并實(shí)現(xiàn)對(duì)微量液滴中不同生物分子的高靈敏和高特異選擇性檢測(cè)。


圖I.為實(shí)施例I中制備的針尖式石墨烯電化學(xué)電極的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2.為實(shí)施例I中制備的針尖式石墨烯電化學(xué)電極與金電極循環(huán)伏安曲線的比較。圖3.為實(shí)施例2中本發(fā)明制備的四氧化三鈷功能化修飾的針尖式石墨烯電化學(xué)電極的SEM照片。圖4.為實(shí)施例2中制備的針尖式石墨烯電化學(xué)電極經(jīng)四氧化三鈷功能化修飾前后的伏安特性曲線。圖5.為實(shí)施例3中本發(fā)明制備的四氧化三鈷功能化針尖式石墨烯電化學(xué)電極在不同濃度葡萄糖溶液中的循環(huán)伏安曲線。圖6.為實(shí)施例3中本發(fā)明制備的四氧化三鈷功能化針尖式石墨烯電化學(xué)電極對(duì)葡萄糖的無(wú)酶檢測(cè)時(shí)間-電流圖。圖7.為實(shí)施例4中本發(fā)明制備的針尖式石墨烯電化學(xué)電極為工作電極對(duì)微量液滴樣品檢測(cè)的裝置示意圖。圖8.為實(shí)施例4中本發(fā)明制備的針尖式石墨烯電化學(xué)電極為工作電極對(duì)10微摩爾葡萄糖無(wú)酶檢測(cè)的時(shí)間-電流曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例I :
將化學(xué)氣相沉積合成的石墨烯薄膜直接轉(zhuǎn)移到玻璃針尖表面；
用O. 5mg導(dǎo)電銀膠膠水將石墨烯薄膜的一端與金屬導(dǎo)線一端連接，銀膠膠水固化15分鐘后即得到非功能化的針尖式石墨烯電化學(xué)電極；
玻璃針尖的尖端直徑為5. O微米。金屬導(dǎo)線材質(zhì)為銅。圖I為上述方法制備的針尖式石墨烯電化學(xué)電極的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為上述方法制備的針尖式石墨烯電化學(xué)電極與金納米電極循環(huán)伏安曲線的比較。實(shí)施例2
將化學(xué)氣相沉積合成的石墨烯薄膜直接轉(zhuǎn)移到玻璃針尖表面；
用O. 5mg導(dǎo)電銀膠膠水將石墨烯薄膜一端與金屬導(dǎo)線一端連接，銀膠膠水固化15分鐘后得到非功能化的針尖式石墨烯電化學(xué)電極；
玻璃針尖的尖端直徑為I. O微米。金屬導(dǎo)線材質(zhì)為鈦。
以10. O毫摩爾的硝酸鈷水溶液為電解液，在-1. O伏恒電勢(shì)下電化學(xué)沉積60秒
鐘，在針尖石墨烯表面沉積ー層氫氧化鈷。表面沉積有氫氧化鈷的石墨烯針尖洗滌干燥后，放入馬弗爐中400°C下焙燒2小時(shí)，即得到四氧化三鈷修飾的功能化針尖式石墨烯電化學(xué)電極。圖3為四氧化三鈷功能化的針尖式石墨烯電化學(xué)電極在不同放大倍數(shù)下的SEM圖，圖4分別是針尖式石墨烯電化學(xué)電極用四氧化三鈷修飾前后的伏安特性曲線。實(shí)施例3
將化學(xué)氣相沉積合成的石墨烯薄膜直接轉(zhuǎn)移到玻璃針尖表面；
用O. 5mg導(dǎo)電銀膠膠水將石墨烯薄膜一端與金屬導(dǎo)線一端連接，銀膠膠水固化15分鐘后得到非功能化的針尖式石墨烯電化學(xué)電極；
玻璃針尖的尖端直徑為I. O微米。金屬導(dǎo)線材質(zhì)為銅。以10. O毫摩爾的硝酸鈷水溶液為電解液，在-1. O伏恒電勢(shì)下電化學(xué)沉積60秒
鐘，在針尖石墨烯表面沉積ー層氫氧化鈷。表面沉積有氫氧化鈷的石墨烯針尖洗滌干燥后，放入馬弗爐中400°C下焙燒2小時(shí)，即得到四氧化三鈷修飾的功能化針尖式石墨烯電化學(xué)電極。圖5為上述功能化石墨烯微納米電極對(duì)葡萄糖的電化學(xué)循環(huán)伏安曲線，圖6為功能化石墨烯微納米電極對(duì)不同濃度葡萄糖檢測(cè)的電流-時(shí)間曲線。實(shí)施例4
將化學(xué)氣相沉積合成的石墨烯直接轉(zhuǎn)移到玻璃針尖表面；
用O. 5mg導(dǎo)電銀膠膠水將石墨烯薄膜一端與金屬導(dǎo)線一端連接，銀膠膠水固化15分鐘后得到非功能化的針尖式石墨烯電化學(xué)電極；
玻璃針尖的尖端直徑為I. O微米。金屬導(dǎo)線材質(zhì)為銅。以10. O毫摩爾的硝酸鈷水溶液為電解液，在-1. O伏恒電勢(shì)下電化學(xué)沉積60秒
鐘，在針尖石墨烯表面沉積ー層氫氧化鈷。表面沉積有氫氧化鈷的石墨烯針尖洗滌干燥后，放入馬弗爐中400°C下焙燒2小時(shí)，即得到四氧化三鈷修飾的功能化針尖式石墨烯電化學(xué)電極。以功能化針尖式石墨烯電化學(xué)電極為工作電極，石墨烯電化學(xué)電極為對(duì)電極構(gòu)建如圖7所示的檢測(cè)裝置，在檢測(cè)樣品體積為4微升時(shí)，功能化針尖式石墨烯電化學(xué)電極對(duì)10微摩爾葡萄糖的無(wú)酶檢測(cè)曲線如圖8所示。
權(quán)利要求
1.一種針尖式石墨烯電化學(xué)電極的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟 1)將化學(xué)氣相沉積合成的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到微納米玻璃針尖表面； 2)用導(dǎo)電銀膠水將石墨烯薄膜一端與金屬導(dǎo)線一端連接，形成非功能化的針尖式石墨烯電化學(xué)電極； 3)以硝酸鈷水溶液為電解液，利用電化學(xué)沉積的方法在針尖石墨烯表面沉積氫氧化鈷，沉積時(shí)間為3(T600s ； 4)將沉積有氫氧化鈷的針尖式微納米電化學(xué)電極用蒸餾水洗滌并烘干后，放入馬弗爐中，在300-500°C下焙燒2-4小時(shí)，形成四氧化三鈷功能化修飾的針尖式石墨烯電化學(xué)電扱。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的針尖式石墨烯電化學(xué)電極的制備方法，其特征在于所述的微納米玻璃針尖的直徑為100 ηπΓ Ο μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的針尖式石墨烯電化學(xué)電極的制備方法，其特征在于所述的金屬導(dǎo)線其材質(zhì)為銅、鈦、金或銀。
4.ー種采用權(quán)利要求I所述的針尖式石墨烯電化學(xué)電極的應(yīng)用，其特征在于所述的非功能化針尖式石墨烯電化學(xué)電極能夠作為微納米對(duì)電極，與工作電極構(gòu)成回路。
5.ー種采用權(quán)利要求I所述的針尖式石墨烯電化學(xué)電極的應(yīng)用，其特征在于所述的四氧化三鈷功能化的針尖式石墨烯電化學(xué)電極能夠進(jìn)行葡萄糖的高靈敏無(wú)酶檢測(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的針尖式石墨烯電化學(xué)電極的應(yīng)用，其特征在于所述的功能化針尖式石墨烯電化學(xué)電極可進(jìn)行微量液滴樣品或細(xì)胞內(nèi)葡萄糖的選擇性無(wú)酶檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于電化學(xué)生物傳感的針尖式石墨烯電極的制備方法及應(yīng)用，其制備過(guò)程包括以下步驟將化學(xué)氣相沉積合成的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到微納米玻璃針尖表面，然后用液態(tài)導(dǎo)電銀膠水將石墨烯與導(dǎo)線連接，得到針尖式石墨烯電極；以硝酸鈷水溶液為電解液，利用電化學(xué)沉積的方法在針尖式石墨烯電極表面沉積氫氧化鈷，馬弗爐中300-500℃加熱2-4小時(shí)，即得到所述的四氧化三鈷功能化修飾的針尖式石墨烯電化學(xué)電極。該電極可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微液滴樣品的檢測(cè)；表面經(jīng)四氧化三鈷修飾后可以得到對(duì)葡萄糖具有無(wú)酶檢測(cè)特性的高靈敏電化學(xué)生物傳感器；同時(shí)，該針尖式電化學(xué)電極可以刺入活性細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)代謝過(guò)程的實(shí)時(shí)檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N27/30GK102692440SQ20121014797
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者劉淑娟, 汪聯(lián)輝, 董曉臣, 趙強(qiáng), 魏昂, 黃維 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)