一種納米花狀超微金電極及其制備和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明屬于微電極的制備方法及應(yīng)用領(lǐng)域，提供了一種納米花狀超微金電極及其制備方法和應(yīng)用。將微米級碳纖維和銅絲用石墨導(dǎo)電膠粘連，伸入端部拉伸的玻璃毛細(xì)管中，進(jìn)行火焰刻蝕至納米級直徑，在其表面進(jìn)行電化學(xué)沉積電泳漆，加熱烘烤處理后,在酸性氯金酸溶液中通過電化學(xué)沉積金制得納米花狀超微金電極。將制備的該電極表面組裝標(biāo)記有電化學(xué)活性物質(zhì)的生物分子，能夠特異性地識別靶分子表面受體，利用電化學(xué)方法對靶分子進(jìn)行檢測。該電極可應(yīng)用于生物傳感器、生物分子檢測等研究領(lǐng)域。本發(fā)明制備方法簡單，成本低，尺寸小，易于操作；制得的金電極的表面潔凈，增加了超微電極的比表面積，增強(qiáng)了電化學(xué)信號。
【專利說明】
一種納米花狀超微金電極及其制備和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于微電極的制備方法及應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種超微金電極的制備方法，可應(yīng)用于生物傳感器、生物分子檢測等研究領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微電極是現(xiàn)代電化學(xué)學(xué)科的重要分支之一，在痕量檢測、單細(xì)胞檢測、生物傳感中具有很高的優(yōu)越性。超微電極具有極小的尺寸，直徑可達(dá)微米級甚至納米級，在探索微觀物質(zhì)的特性上是一種有利的手段，也可以用于實時檢測神經(jīng)遞質(zhì)信息。此外，超微電極具有高的電流密度，低的RC常數(shù)，以及快的傳質(zhì)速率，這些優(yōu)良的特性使超微電極具有很快的響應(yīng)速度和高的信噪比?；谝陨蟽?yōu)點，科學(xué)研究者們一直致力于開發(fā)更方便有效制備超微電極的方法。
[0003]在電化學(xué)研究領(lǐng)域中，金電極由于其優(yōu)良的電化學(xué)性能及易于修飾的特點成為電化學(xué)研究與應(yīng)用中最常用的電極之一。隨著電化學(xué)研究的深入，近年來研究者們致力于開發(fā)各種制備金超微電極的方法。在現(xiàn)在的研究中，制備金超微電極的常見方法主要有如下幾種:一、對金絲進(jìn)行電化學(xué)刻蝕后包封電泳漆，可以制得末端尺寸在I OOnm以下的金納米電極(Adv.Mater.，2010，22，2148_2150);或在拉制后的石英尖端催化還原金，再用電泳漆進(jìn)行包封后可以制備尺寸可控的金超微電極(B1sens.B1electr0.，2015，262-268)。然而，這兩種制備方法為了獲得較小的金面積，在后期對金表面進(jìn)行了電泳漆包封，這樣會給金的表面帶來雜質(zhì)，可能會對后期研究產(chǎn)生影響。二、在塑封膜包封的碳纖維納米圓盤上還原沉積金制得金超微電極(揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2006，9，21-25)。這種方法的缺點是對打磨工藝要求較高，且制得的電極體積較大而有效面積較小(約幾十至幾百納米)。三、通過在光刻的娃片上沉積金得到納米金花微電極(Nat.Chem.,2012,4,642-648)。然而由于基底體積較大，這種微電極可能在實際應(yīng)用中有所局限。四、對機(jī)械拉制的鉑納米電極進(jìn)行化學(xué)刻蝕后沉積金，制得納米金花電極(Anal.Chem.,2014,86,2849-2852)，但該方法對儀器設(shè)備和成本要求較高。這些制備方法由于其具有的局限性，在一定程度上阻礙了金超微電極在各領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。因此，提出一種方法簡單，成本低，易于操作的金超微電極制備方法顯得極其重要。
[0004]本發(fā)明提供了一種納米花狀超微金電極的制備方法，該方法克服了上述技術(shù)問題，不需要復(fù)雜貴重的儀器設(shè)備和不易操作的打磨工藝，制備出的金電極其雜質(zhì)含量極低，制作成本低且有效面積的比例大。利用本發(fā)明制備出的金電極可用于生物傳感器、生物分子檢測等研究領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種納米花狀超微金電極的制備方法。所述金電極是在碳纖維的基礎(chǔ)上，通過電泳漆沉積和金沉積得到的。所述制備方法的具體技術(shù)方案如下所述。
[0006]—種納米花狀超微金電極的制備方法，所述方法包括以下步驟:
[0007]步驟一:將銅絲和微米級碳纖維用石墨導(dǎo)電膠進(jìn)行粘連；
[0008]步驟二:將粘連有碳纖維的銅絲軸向伸入端部拉伸的玻璃毛細(xì)管中；
[0009]步驟三:毛細(xì)管尾部用環(huán)氧樹脂進(jìn)行封閉；
[0010]步驟四:毛細(xì)管尖端用火焰熔融封閉，碳纖維露出玻璃毛細(xì)管尖端外，進(jìn)行火焰刻蝕；
[0011]步驟五:刻蝕后的碳納米纖維端部置入電泳漆溶液中進(jìn)行電化學(xué)沉積；
[0012]步驟六:對沉積電泳漆后的電極進(jìn)行加熱烘烤處理；
[0013]步驟七:將處理后的電極在酸性氯金酸溶液中通過電化學(xué)沉積金制得端部為花狀金納米結(jié)構(gòu)的納米花狀超微金電極。
[0014]所述步驟一中的碳纖維直徑為7μπι，長度切為1.5cm?2cm的短段，分別用丙酮、乙醇和超純水各超聲清洗3min，再用超純水清洗3?5次，置于37°C恒溫箱中烘干。所述銅絲長度為8?10cm。
[0015]所述步驟二中的玻璃毛細(xì)管的直徑為0.8?1.5mm，所述銅絲的直徑小于玻璃毛細(xì)管的內(nèi)部直徑，拉制的玻璃管尖端內(nèi)徑約50?I ΟΟμπι。
[0016]所述步驟四中的火焰為酒精燈的火焰，所述毛細(xì)管尖端用火焰燒熔封閉。
[0017]所述步驟四中刻蝕后的碳纖維直徑為100-500nm，長度為100?300μπι。
[0018]所述步驟五中所述電泳漆為陰極電泳漆，電泳漆溶液由電泳漆與超純水以一定比例混合超聲得到。
[0019]所述步驟五中所述電化學(xué)沉積是在雙電極體系中進(jìn)行的，碳纖維為工作電極，鉑絲為對電極，沉積電壓為-8V，沉積時間為I OOs。
[0020]所述步驟六中所述的加熱烘烤步驟在烘箱中完成，溫度為60?80°C，烘烤時間為5?1min0
[0021 ]所述步驟七種所述酸性氯金酸溶液由鹽酸和氯金酸混合得到，濃度為0.5mol/LHCl,20mmol/L HAuCl4o
[0022]所述步驟七中所述電化學(xué)沉積是在三電極體系中進(jìn)行的，碳纖維為工作電極，鉑絲為對電極，Ag/AgCl(3M KCl)為參比電極，沉積電壓為OV，沉積時間為300s。
[0023]上述制備方法將微米級碳纖維和銅絲用石墨導(dǎo)電膠粘連，伸入端部拉伸的玻璃毛細(xì)管中，進(jìn)行火焰刻蝕至納米級直徑，在其表面進(jìn)行電化學(xué)沉積電泳漆，加熱烘烤處理后，在酸性氯金酸溶液中通過電化學(xué)沉積金制得納米花狀超微金電極。所述方法先進(jìn)行電泳漆的沉積，后進(jìn)行金沉積，制得的金電極幾乎不含雜質(zhì)，不會對后期研究和實用產(chǎn)生影響;沒有采用不易操作的打磨工藝，而是采用比較容易控制的火焰刻蝕技術(shù)，制得的金電極體積小，有效面積的比例很大；以經(jīng)過拉伸的毛細(xì)管尖端為承載基底，基底體積小，可用于各種使用環(huán)境;制備過程中沒有使用大型的復(fù)雜儀器，降低了制備成本。總體來說，本發(fā)明提供的制備方法可以有效地制備超微金電極，提高超微金電極的制備成功率，操作簡單，降低制備成本。
[0024]本發(fā)明還提供一種利用上述方法制備的納米花狀超微金電極，由銅絲、玻璃毛細(xì)管、環(huán)氧樹脂、碳纖維、石墨導(dǎo)電膠、電泳漆、花狀金納米結(jié)構(gòu)組成。所述金電極的端部為花狀結(jié)構(gòu)，組成成分為金，花狀結(jié)構(gòu)直徑為50?300μηι。
[0025]銅絲與碳纖維粘連后，軸向穿入拉制后的玻璃毛細(xì)管中，尾端用環(huán)氧樹脂封閉；經(jīng)過加熱后玻璃毛細(xì)管尖端熔融封住碳纖維，碳纖維用火焰刻蝕至納米級后，用電泳漆包封，烘烤后電泳漆固化收縮露出一定面積的碳纖維，通過在酸性氯金酸中進(jìn)行電化學(xué)沉積在端部形成花狀金納米結(jié)構(gòu)，從而制得納米花狀超微金電極。碳纖維被電泳漆包封的地方未長出金花，經(jīng)過烘烤后露出的碳纖維尖端部分長出花狀結(jié)構(gòu)。通過掃面電子顯微鏡圖可知，所述花狀結(jié)構(gòu)的尺寸為納米級別。
[0026]在上述制備方法中，火焰刻蝕后碳纖維的長度和直徑、電泳漆沉積工藝條件、金沉積工藝條件等都是影響花狀結(jié)構(gòu)直徑的因素，改變這些因素能夠制備出具有不同直徑的花狀結(jié)構(gòu)的超微金電極。
[0027]本發(fā)明還提供一種上述納米花狀超微金電極在電化學(xué)生物傳感中的應(yīng)用。將制備的金電極表面組裝標(biāo)記有電化學(xué)活性物質(zhì)的生物分子，與靶分子進(jìn)行識別引起電化學(xué)活性分子與金表面距離的變化，利用電化學(xué)工作站對該電化學(xué)活性分子進(jìn)行檢測，可以特異性地實現(xiàn)靶分子的電化學(xué)檢測。其應(yīng)用過程如下:
[0028](I)將標(biāo)記有電化學(xué)活性物質(zhì)的生物分子與納米花狀超微金電極進(jìn)行組裝:生物分子通過巰基修飾與金電極表面組裝，所標(biāo)記的電化學(xué)活性物質(zhì)為亞甲基藍(lán)、二茂鐵等具有電化學(xué)活性的小分子，生物分子為多肽、DNA(核酸適體)，組裝條件為在一定濃度的鹽溶液中室溫避光過夜組裝；
[0029](2)MCH封閉:組裝后的電極置于2mmol/L巰基己醇(MCH)溶液中室溫反應(yīng)2h，目的為調(diào)控表面探針組裝密度；
[0030](3)目標(biāo)分子檢測:將(2)中制得的金電極置于電化學(xué)檢測液中，采用三電極體系，通過交流伏安法(ACV)或方波伏安法(SffV)對加入靶分子前后的電化學(xué)活性物質(zhì)的電化學(xué)信號進(jìn)行測定.
[0031]上述靶分子為細(xì)胞、蛋白質(zhì)、小分子(如可卡因、多巴胺)中的一種。
[0032]本發(fā)明制備的金超微電極的花狀納米結(jié)構(gòu)大大增加了超微電極的比表面積，對于增強(qiáng)電化學(xué)信號具有重要意義。將所制備的該電極表面組裝標(biāo)記有電化學(xué)活性物質(zhì)的生物分子，能夠特異性地識別靶分子表面受體，可以利用電化學(xué)方法對靶分子進(jìn)行檢測。
[0033]本發(fā)明具有如下有益效果:1、在電泳漆包封后再進(jìn)行金沉積，得到的金電極的表面潔凈;2、制備方法簡單，成本低，尺寸小，易于操作；3、增加了超微電極的比表面積，增強(qiáng)了電化學(xué)信號;4、可進(jìn)一步與生物分子進(jìn)行組裝，應(yīng)用于生物傳感器、生物分子檢測等研究領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0034]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0035]圖1為本發(fā)明納米花狀超微金電極的制備示意圖；
[0036]圖2為本發(fā)明的納米花狀超微金電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖3為本發(fā)明實施例1的納米花狀超微金電極的掃描電子顯微鏡圖；
[0038]圖4為本發(fā)明實施例1的超微金電極花狀結(jié)構(gòu)表面形貌的掃描電子顯微鏡圖；
[0039]圖5為本發(fā)明實施例1中電泳漆沉積前后碳纖維電極的穩(wěn)態(tài)伏安曲線；
[0040]圖6為本發(fā)明實施例1的納米花狀超微金電極的循環(huán)伏安曲線；
[0041]圖7為本發(fā)明實施例4的納米花狀超微金電極組裝標(biāo)記有亞甲基藍(lán)的可卡因核酸適體后，利用交流伏安法(ACV)測得檢測體系中含有不同濃度可卡因的電化學(xué)信號增強(qiáng)百分比；
[0042]圖8為本發(fā)明實施例5的納米花狀超微金電極組裝標(biāo)記有亞甲基藍(lán)的多巴胺核酸適體后，利用交流伏安法(ACV)測得檢測體系中含有不同濃度多巴胺的電化學(xué)信號增強(qiáng)百分比。
[0043]其中，I為銅絲，2為玻璃毛細(xì)管，3為環(huán)氧樹脂，4為碳纖維，5為石墨導(dǎo)電膠，6為電泳漆，7為花狀金納米結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0044]以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。下述實施例是本發(fā)明技術(shù)方案中的一個實施例，并不能認(rèn)為本發(fā)明的保護(hù)范圍僅限于下述實施例。
[0045]實施例1:
[0046]圖1為本發(fā)明納米花狀超微金電極的制備示意圖。本實施例制備納米花狀超微金電極的制備過程為:
[0047]步驟一:將7μπι碳纖維4切為長度為1.5cm?2cm的短段，依次用丙酮、乙醇和超純水超聲清洗3min后，再用超純水清洗3次，在37°C恒溫箱中烘干。截取長度約1cm的銅絲I，用石墨導(dǎo)電膠5將其與清洗烘干后的碳纖維4相粘連。
[0048]步驟二:將直徑為0.8mm的玻璃毛細(xì)管2的一端拉制至尖端內(nèi)徑約50μπι，用粘連有碳纖維4的銅絲I從玻璃毛細(xì)管2較粗的一端穿入，露出尖端約0.5_。
[0049]步驟三:玻璃毛細(xì)管2的尾部用環(huán)氧樹脂3進(jìn)行封閉。
[0050]步驟四:用酒精燈將毛細(xì)管2尖端燒融封閉后，繼續(xù)在酒精燈上對裸露在玻璃毛細(xì)管尖端外的碳纖維4進(jìn)行火焰刻蝕至長度約200μπι，尖端直徑約500nm。將制得的碳纖維電極在低頻率下超聲清洗。
[0051]步驟五:將電極尖端浸入1:5的電泳漆溶液(電泳漆與超純水質(zhì)量比為1:5，且經(jīng)過超聲處理)中進(jìn)行電化學(xué)沉積，浸入深度為Icm左右，為使電泳漆6均勻附著在碳纖維4表面，將鉑絲彎成環(huán)狀(直徑為1.5cm左右)，電極浸入位置位于鉑絲環(huán)中心處。將碳纖維超微電極作為工作電極，鈾絲作為對電極，選擇CHI760E電化學(xué)工作站“Amperometric i_t Curve”模式，沉積電壓為-8V，沉積時間為100s。沉積后取出電極，用超純水沖洗掉殘留在電極尖端表面的殘留物。
[0052]步驟六:將經(jīng)過電泳漆沉積的電極豎直向上放置于80°C烘箱中烘烤5min，使電泳漆固化收縮，露出一定尺寸的碳纖維表面。在lOmmol/L K3[Fe(CN)6](含0.5mol/L KCl)溶液中檢測電極的穩(wěn)態(tài)伏安電流，掃面速度為10mV/S，結(jié)果如圖5所示。將包封后的碳纖維電極近似看作半球狀電極，使用公式:1 = 23mFDcr()計算電極的有效半徑，計算結(jié)果為250nm左右。
[0053]步驟七:篩選相近有效半徑的碳纖維電極浸于酸性氯金酸溶液中，所述氯金酸溶液由濃度為20mmol/L HAuCl4和0.5mol/L HCl混合得到，采用三電極系統(tǒng)對電極進(jìn)行電沉積，其中碳纖維4為工作電極，鉑絲為對電極，Ag/AgCl(3M KCl)為參比電極。選擇CHI760E電化學(xué)工作站“Amperometric i_t Curve”模式，沉積電壓為OV，沉積時間為300s。沉積完成后將電極取出，用超純水小心清洗，最終制得端部為花狀金納米結(jié)構(gòu)7的納米花狀超微金電極。
[0054]圖2為本發(fā)明的納米花狀超微金電極的結(jié)構(gòu)示意圖，所述超微金電極由上述制備方法制得，如圖2所示，本發(fā)明的納米花狀超微金電極由銅絲1、玻璃毛細(xì)管2、環(huán)氧樹脂3、碳纖維4、石墨導(dǎo)電膠5、電泳漆6、花狀金納米結(jié)構(gòu)7組成。銅絲I與碳纖維4粘連后，軸向穿入拉制后的玻璃毛細(xì)管2中，尾端用環(huán)氧樹脂3封閉;經(jīng)過加熱后玻璃毛細(xì)管2尖端熔融封住碳纖維2，碳纖維2用火焰刻蝕至納米級后，用電泳漆6包封，烘烤后電泳漆6固化收縮露出一定面積的碳纖維，通過在酸性氯金酸中進(jìn)行電化學(xué)沉積在端部形成花狀金納米結(jié)構(gòu)7，從而制得納米花狀超微金電極。
[0055]圖3為本實施例的納米花狀超微金電極的掃描電子顯微鏡圖?？梢钥吹教祭w維被電泳漆包封的地方未長出金花，經(jīng)過烘烤后露出的碳纖維尖端部分長出花狀結(jié)構(gòu)。電極尖端部分為花狀結(jié)構(gòu)，直徑約為ΙΟΟμπι。
[0056]圖4為本實施例中超微金電極花狀結(jié)構(gòu)表面形貌的掃描電子顯微鏡圖?？梢钥吹奖砻婊罱Y(jié)構(gòu)的尺寸為納米級別。
[0057]圖5為本實施例中電泳漆沉積前后碳纖維電極在lOmmol/LK3 [Fe (CN) 6 ](含
0.5mol/LKCl)溶液中的穩(wěn)態(tài)伏安曲線，掃描速度為10mV/S。圖5中包封前后的碳纖維電極可以得到典型的“S”型超微電極穩(wěn)態(tài)伏安曲線。圖5中灰色實線所示為經(jīng)過電泳漆沉積后的碳纖維超微電極，與沉積前的穩(wěn)態(tài)伏安曲線(黑色實線)相比，包封后的超微電極穩(wěn)態(tài)伏安電流值有著明顯降低，說明電極有效半徑減小。
[0058]圖6為本實施例的納米花狀超微金電極在0.05mo VL硫酸中的循環(huán)伏安曲線(4個掃描片段)。可以看出，在0.863V處出現(xiàn)了金在硫酸中的特征還原峰，說明金被沉積在電極尖端。此外，所得特征還原峰面積較大，與普通圓盤電極(直徑約2mm)在硫酸中得到的還原峰面積大小相當(dāng)，而掃描電鏡圖顯示所沉積的金花尺寸僅有ΙΟΟμπι，說明該電極具有大的比表面積。
[0059]實施例2:
[0060]本實施例制備納米花狀超微金電極的制備過程為:
[0061]步驟一:將7μπι碳纖維4切為長度為1.5cm?2cm的短段，依次用丙酮、乙醇和超純水超聲清洗3min后，再用超純水清洗5次，在37°C恒溫箱中烘干。截取長度約8cm的銅絲1，用石墨導(dǎo)電膠5將其與清洗烘干后的碳纖維4相粘連。
[0062 ]步驟二:將直徑為1.5mm的玻璃毛細(xì)管2的一端拉制至尖端內(nèi)徑約I ΟΟμπι，用粘連有碳纖維4的銅絲I從玻璃毛細(xì)管2較粗的一端穿入，露出尖端約0.5_。
[0063]步驟三:玻璃毛細(xì)管2的尾部用環(huán)氧樹脂3進(jìn)行封閉。
[0064]步驟四:用酒精燈將毛細(xì)管2尖端燒融封閉后，繼續(xù)在酒精燈上對裸露在玻璃毛細(xì)管尖端外的碳纖維4進(jìn)行火焰刻蝕至長度約ΙΟΟμπι，尖端直徑約100nm。將制得的碳纖維電極在低頻率下超聲清洗。
[0065]步驟五:將電極尖端浸入1:5的電泳漆溶液(電泳漆與超純水質(zhì)量比為1:5，且經(jīng)過超聲處理)中進(jìn)行電化學(xué)沉積，浸入深度為Icm左右，為使電泳漆6均勻附著在碳纖維4表面，將鉑絲彎成環(huán)狀(直徑為1.5cm左右)，電極浸入位置位于鉑絲環(huán)中心處。將碳纖維超微電極作為工作電極，鈾絲作為對電極。選擇CHI760E電化學(xué)工作站“Amperometric i_t Curve”模式，沉積電壓為-8V，沉積時間為100s。沉積完成后取出電極，用超純水沖洗掉殘留在電極尖端表面的殘留物。
[0066]步驟六:將經(jīng)過電泳漆沉積的電極豎直向上放置于60°C烘箱中烘烤1min，使電泳漆固化收縮，露出一定尺寸的碳纖維表面。
[0067]步驟七:篩選相近有效半徑的碳纖維電極浸于酸性氯金酸溶液中，所述氯金酸溶液由濃度為20mmol/L HAuCl4和0.5mol/L HCl混合得到，采用三電極系統(tǒng)對電極進(jìn)行電沉積，其中碳纖維4為工作電極，鉑絲為對電極，Ag/AgCl(3M KCl)為參比電極。選擇CHI760E電化學(xué)工作站“Amperometric i_t Curve”模式，，沉積電壓為OV，沉積時間為300s。沉積完成后將電極取出，用超純水小心清洗，最終制得端部為花狀金納米結(jié)構(gòu)7的納米花狀超微金電極。
[0068]實施例3:
[0069]本實施例制備納米花狀超微金電極的制備過程為:
[0070]步驟一:將7μπι碳纖維4切為長度為1.5cm?2cm的短段，依次用丙酮、乙醇和超純水超聲清洗3min后，再用超純水清洗3次，在37°C恒溫箱中烘干。截取長度約1cm的銅絲I，用石墨導(dǎo)電膠5將其與清洗烘干后的碳纖維4相粘連。
[0071]步驟二:將直徑為0.8mm的玻璃毛細(xì)管2的一端拉制至尖端內(nèi)徑約50μπι，用粘連有碳纖維4的銅絲I從玻璃毛細(xì)管2較粗的一端穿入，露出尖端約0.5_。
[0072]步驟三:玻璃毛細(xì)管2的尾部用環(huán)氧樹脂3進(jìn)行封閉。
[0073]步驟四:用酒精燈將毛細(xì)管2尖端燒融封閉后，繼續(xù)在酒精燈上對裸露在玻璃毛細(xì)管尖端外的碳纖維4進(jìn)行火焰刻蝕至長度約300μπι，尖端直徑約500nm。將制得的碳纖維電極在低頻率下超聲清洗。
[0074]步驟五:將電極尖端浸入1:5的電泳漆溶液(電泳漆與超純水質(zhì)量比為1:5，且經(jīng)過超聲處理)中進(jìn)行電化學(xué)沉積，浸入深度為Icm左右，為使電泳漆6均勻附著在碳纖維4表面，將鉑絲彎成環(huán)狀(直徑為1.5cm左右)，電極浸入位置位于鉑絲環(huán)中心處。將碳纖維超微電極作為工作電極，鈾絲作為對電極。選擇CHI760E電化學(xué)工作站“Amperometric i_t Curve”模式，沉積電壓為-8V，沉積時間為lOOsdOOs反應(yīng)后取出電極，用超純水沖洗掉殘留在電極尖端表面的殘留物。
[0075]步驟六:將經(jīng)過電泳漆沉積的電極豎直向上放置于800C烘箱中烘烤5min，使電泳漆固化收縮，露出一定尺寸的碳纖維表面。
[0076]步驟七:篩選相近有效半徑的碳纖維電極浸于酸性氯金酸溶液中，所述氯金酸溶液由濃度為20mmol/L HAuCl4和0.5mol/L HCl混合得到，采用三電極系統(tǒng)對電極進(jìn)行電沉積，其中碳纖維4為工作電極，鉑絲為對電極，Ag/AgCl(3M KCl)為參比電極。選擇CHI760E電化學(xué)工作站“Amperometric i_t Curve”模式，沉積電壓為OV，沉積時間為300s。沉積完成后將電極取出，用超純水小心清洗，最終制得端部為花狀金納米結(jié)構(gòu)7的納米花狀超微金電極。
[0077]實施例4:
[0078]將實施例1中制備的超微金電極可用于電化學(xué)生物傳感領(lǐng)域，其用于核酸適體傳感的具體過程為:
[0079](I)將標(biāo)記有電化學(xué)活性物質(zhì)的生物分子與納米花狀超微金電極進(jìn)行組裝:將實施例I所制備的超微金電極置于lOOnmol/L標(biāo)記有巰基(SH)基團(tuán)和亞甲基藍(lán)(MB)的可卡因核酸適體的組裝溶液中，所述組裝溶液含lmol/L NaCl，20mmol/L MgCl2和20mmol/L PB，室溫避光過夜組裝。其中，可卡因核酸適體的序列為:5」- SH-(CH2)6GACAAGGAAAATCCTTCAATGAAGTGGGTC-MB-3J。
[0080](2)MCH封閉:組裝后將電極置于2mmol/L MCH溶液中反應(yīng)2h，調(diào)控表面探針組裝密度。
[0081](3)目標(biāo)分子檢測:將(2)中制得的金電極置于電化學(xué)檢測液中，電化學(xué)檢測在CHI760E電化學(xué)工作站進(jìn)行，使用三電極體系，工作電極為納米花狀超微金電極，參比電極為Ag/AgCl(3M KCl)電極，對電極為鉑絲電極。采用交流伏安法(ACV)進(jìn)行測定。選擇電化學(xué)工作站『AC Voltammetry』模式，對亞甲基藍(lán)的電化學(xué)信號進(jìn)行檢測。由于-0.28V為亞甲基藍(lán)的特征峰位置，定義-0.28V處測得的峰電流值相對于無目標(biāo)分子時電流值增加的幅度為:『Signal Increased』=(It-1o)/1X 100%，其中It、1分別為體系中有無可卡因時測得的-0.28V處的ACV峰電流值。通過對不同濃度的可卡因進(jìn)行定量檢測，得到結(jié)果如圖7所示。在ΙΟμπιοΙ/L?lmmol/L的濃度區(qū)間內(nèi)，電流增加的程度隨著可卡因濃度的增加而增大。檢測限為 lOymol/L。
[0082]實施例5:
[0083]將實施例1中制備的超微金電極可用于電化學(xué)生物傳感領(lǐng)域，其用于核酸適體傳感的具體過程為:
[0084](I)將標(biāo)記有電化學(xué)活性物質(zhì)的生物分子與納米花狀超微金電極進(jìn)行組裝:將實施例I所制備的超微金電極置于I OOnmo I /L標(biāo)記有SH和MB基團(tuán)和的多巴胺核酸適體的組裝溶液中，所述組裝溶液含lmol/L NaCl,20mmol/L MgCl2,20mmol/L PB，室溫避光過夜組裝。其中，多巴胺核酸適體的序列為:5」-S H - ( C H 2 ) 6 -GTCTCTGTGTGCGCCAGAGACACTGGGGCAGATATGGGCCAGCACAGAATGAGGCCC-MB-3」。
[0085](2)MCH封閉:組裝后將電極置于2mmol/L MCH溶液中反應(yīng)2h，調(diào)控表面探針組裝密度。
[0086](3)目標(biāo)分子檢測:將(2)中制得的金電極置于電化學(xué)檢測液中，電化學(xué)檢測在CHI760E電化學(xué)工作站進(jìn)行，使用三電極體系，工作電極為納米花狀超微金電極，參比電極為Ag/AgCl(3M KCl)電極，對電極為鉑絲電極。采用交流伏安法(ACV)進(jìn)行測定。選擇電化學(xué)工作站『AC Voltammetry』模式，對亞甲基藍(lán)的電化學(xué)信號進(jìn)行檢測。由于-0.28V為亞甲基藍(lán)的特征峰位置，定義-0.28V處測得的峰電流值相對于無目標(biāo)分子時電流值增加的幅度為:『Signal Increased』=(It-1o)AoX 100%，其中It、1分別為體系中有無多巴胺(DA)時測得的-0.28V處的ACV峰電流值。通過對不同濃度的DA進(jìn)行定量檢測，得到結(jié)果如圖8所示。在25ymol/L?5mmol/L的濃度區(qū)間內(nèi)，電流增加的程度隨著DA濃度的增加而增大。在25-250μπιοΙ/L濃度區(qū)間內(nèi)，電流值增加幅度與濃度呈現(xiàn)線性關(guān)系，可以得到『signal increased』=0.05092cDA(yM)+0.1677的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.9575，DA的檢測限為25ymol/L。
【主權(quán)項】
1.一種納米花狀超微金電極的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 步驟一:將銅絲(I)和微米級碳纖維(4)和用石墨導(dǎo)電膠(5)進(jìn)行粘連； 步驟二:粘連有碳纖維的銅絲軸向伸入端部拉升的玻璃毛細(xì)管(2)中； 步驟三:毛細(xì)管尾部用環(huán)氧樹脂(3)進(jìn)行封閉； 步驟四:毛細(xì)管尖端用火焰熔融封閉，碳纖維露出玻璃毛細(xì)管尖端外，進(jìn)行火焰刻蝕； 步驟五:刻蝕后的碳納米纖維端部置入電泳漆(6)溶液中進(jìn)行電化學(xué)沉積； 步驟六:對沉積電泳漆后的電極進(jìn)行加熱烘烤處理； 步驟七:將處理后的電極在酸性氯金酸溶液中通過電化學(xué)沉積金制得端部為花狀金納米結(jié)構(gòu)(7)的納米花狀超微金電極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米花狀超微金電極的制備方法，其特征在于，步驟一中所述碳纖維直徑為7μπι，長度切為1.5cm?2cm的短段，分別用丙酮、乙醇和超純水各超聲清洗3min，再用超純水清洗3?5次，置于37°C恒溫箱中烘干;所述銅絲長度為8?10cm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米花狀超微金電極的制備方法，其特征在于，步驟二中所述玻璃毛細(xì)管的直徑為0.8?1.5mm，所述銅絲的直徑小于玻璃毛細(xì)管的內(nèi)部直徑，拉制的玻璃管尖端內(nèi)徑約50?ΙΟΟμπι。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米花狀超微金電極的制備方法，其特征在于，步驟四中所述火焰為酒精燈的火焰，所述毛細(xì)管尖端用火焰燒熔封閉；所述刻蝕后的碳纖維直徑為100-500nm，長度為 100 ?300ym。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米花狀超微金電極的制備方法，其特征在于，步驟五中所述電泳漆為陰極電泳漆，電泳漆溶液由電泳漆與超純水以一定比例混合超聲得到;所述電化學(xué)沉積是在雙電極體系中進(jìn)行的，碳纖維為工作電極，鉑絲為對電極，沉積電壓為-8V，沉積時間為100s。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米花狀超微金電極的制備方法，其特征在于，步驟六中所述的加熱烘烤步驟在烘箱中完成，溫度為60?80 0C，烘烤時間為5?1min。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米花狀超微金電極的制備方法，其特征在于，步驟七中所述酸性氯金酸溶液由鹽酸和氯金酸混合得到，濃度為0.5mol/L HCl，20mmol/L HA11CI4;所述電化學(xué)沉積是在三電極體系中進(jìn)行的，碳纖維為工作電極，鉑絲為對電極，Ag/AgCl(3M KCl)為參比電極，沉積電壓為OV，沉積時間為300s。8.—種由權(quán)利要求1?7任意一項所述方法制備得到的納米花狀超微金電極，所述金電極的端部為花狀結(jié)構(gòu)，組成成分為金，花狀結(jié)構(gòu)直徑為50?300μπι。9.由權(quán)利8所述的納米花狀超微金電極在電化學(xué)生物傳感中的應(yīng)用，其特征在于，將制備的金電極表面組裝標(biāo)記有電化學(xué)活性物質(zhì)的生物分子，與靶分子進(jìn)行識別引起電化學(xué)活性分子與金表面距離的變化，利用電化學(xué)工作站對該電化學(xué)活性分子進(jìn)行檢測，可以特異性地實現(xiàn)靶分子的電化學(xué)檢測，其應(yīng)用過程如下: (1)將標(biāo)記有電化學(xué)活性物質(zhì)的生物分子與納米花狀超微金電極進(jìn)行組裝:生物分子通過巰基修飾與金電極表面組裝，所標(biāo)記的電化學(xué)活性物質(zhì)為亞甲基藍(lán)、二茂鐵等具有電化學(xué)活性的小分子，生物分子為多肽、DNA(核酸適體)，組裝條件為在一定濃度的鹽溶液中室溫避光過夜組裝； (2)MCH封閉:組裝后的電極置于2mmol/L巰基己醇(MCH)溶液中室溫反應(yīng)2h，目的為調(diào)控表面探針組裝密度； (3)目標(biāo)分子檢測:將(2)中制得的金電極置于電化學(xué)檢測液中，采用三電極體系，通過交流伏安法(ACV)或方波伏安法(SWV)對加入靶分子前后的電化學(xué)活性物質(zhì)的電化學(xué)信號進(jìn)行測定； 所述靶分子為細(xì)胞、蛋白質(zhì)、小分子(如可卡因、多巴胺)中的一種。
【文檔編號】G01N27/30GK105842312SQ201610164415
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月22日
【發(fā)明人】樊春海, 朱丹, 汪聯(lián)輝, 晁潔, 蘇邵, 張池
【申請人】南京郵電大學(xué)