专利名称：基于多壁碳纳米管/辅酶q10/离子液体凝胶的修饰电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种生物传感器，具体地说是ー种用于检测谷胱甘肽的基于多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶的修饰电扱。
背景技术：
生物传感器是由固定化的生物敏感材料作识别元件(包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质)与适当的理化换能器(如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等)及信号放大装置构成的分析工具或系统，具有接受器与转换器的功能。由于这类传感器响应快，灵敏度高，制作简单而被广泛研究和应用。辅酶QlO (Coenzyme Q10，CoQIO)，是ー种存在于自然界的脂溶性醌类化合物，其结构与维生素K、维生素E与质体醌相似，它主要存在于多数真核细胞中，尤其是线粒体，是呼吸链组分之一，由其在线粒体内膜上的含量远远高于呼吸链其他组分的含量，而且脂溶性使它在内膜上具有高度的流动性，特别适合作为ー种流动的电子传递体。碳纳米管作为ー维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。其碳原子的P电子形成大范围的离域n键，由于共轭效应显著，并具有ー些特殊的电学性质，具有很好的导电性，可以实现直接电子传递。碳纳米管独特的纳米结构起到了“分子导线”的作用，将电子传递到酶的氧化还原中心。如它可实现对细胞色素C、天青蛋白、辣根过氧化物酶的直接电化学。离子液体作为绿色替代溶剂，在电化学中的应用涉及电镀、电池、有机电合成、电催化和电容技术等。与传统的有机溶剂和电解质相比，离子液体具有熔点低、液态温度范围宽、具有可忽略的蒸汽压、高的热稳定性、较好的化学稳定性、宽的电化学窗ロ等。谷胱甘肽是属于含有巯基的、小分子肽类物质，具有两种重要的抗氧化作用和整合解毒作用。谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸结合而成的三肽，半胱氨酸上的巯基为其活性基团(故谷胱甘肽常简写为GSH)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于检测谷胱甘肽的基于多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶的修饰电扱。本发明的技术方案是
一种基于多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶的修饰电极，在电极上覆盖ー层疏水性离子液体凝胶，在该疏水性离子液体凝胶中含有I 2mg/L的多壁碳纳米管和I. 4
3.5mmol/L 的辅酶 Q10。所述疏水性离子液体为烷基咪唑六氟磷酸盐，具体的有I- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、I-こ基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或I-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。制备上述基于多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶的修饰电极的方法，包括如下步骤1)将多壁碳纳米管分散于离子液体(IL)中，形成I 2mg/L悬浊液；
2)将辅酶QlO溶于硝基苯中，浓度为4 7mmol/L的溶液；
3)按体积比为(2 3):1，将步骤I)的悬浊液和步骤2)的溶液混合均匀成胶体；
4)将步骤3)的胶体涂在电极表面，然后真空干燥，使硝基苯挥干，得到基于多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶的修饰电扱。 上述基于多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶的修饰电极的用途用于制备电流型生物传感器。上述基于多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶的修饰电极的用途用于检测谷胱甘肽。 本发明的有益效果
I、本发明在离子液体中加入碳纳米管，碳纳米管是晶形碳的ー种同素异形体，因其具有独特的原子结构而表现为金属性或导电性。这种独特的导电性使得它能够增强电极表面的导电性。2、本发明利用辅酶QlO的不溶于水的性质，成功的将辅酶QlO通过离子液体固定
在电极表面。3、本发明采用多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体修饰电极，制备的这种修饰电极简单，迅速，高灵敏度，并用来检测谷胱甘肽的生物传感器，该修饰电极对谷胱甘肽的检测线性范围为IXKT8到8Xl(T7mol/L。
图I为本发明不同修饰电极(玻碳)在0. 1-0. 2 mol/L, pH为6. 8-7. 5的PBS缓冲液(含0.1 mol/L KCl)中的循环伏安图。其中，a:多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体；b:辅酶QlO/离子液体；c:多壁碳纳米管/离子液体；d:离子液体。扫速20-50mv/s。图2为本发明多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶薄膜的扫描电化学显微镜表征。图3为本发明多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶薄膜修饰电极在溶液中的循环伏安图。其中a为多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶薄膜修饰电极在0.1-0. 2mol/L PBS缓冲液(pH=6.8-7.5, 0. I mol/L KCl)含 1X1(T5 1X1(T8 mol/L 谷胱甘肽的循环伏安图山为多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶薄膜修饰电极在0. 1-0.2 mol/L PBS 缓冲液(pH=6. 8-7. 5, 0. I mol/L KCl)的循环伏安图。扫速20-50mv/s.
图4为本发明多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶薄膜修饰电极在0. 1-0. 2M PBS(0. I mol/L KCl)包含10-25%的血浆溶液中的差示脉冲图。其中，a为0. 1-0. 2M PBS (0. Imol/L KCl)山为0. IM PBS (0. I mol/L KCl)包含 10-25%的血衆;。为0. 1-0. 2M PBS (0. Imol/L KCl)包含 10-25% 血浆及 I XKT5 IXKT8 mol/L 谷胱甘肽。扫速20_50mv/s。图5为本发明多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶薄膜修饰电极在0. 1-0. 2mol/L PBS (0. I mol/L KCl)包含10-25%的血清溶液中的差示脉冲图。其中a为0. 1-0. 2mol/L PBS (0. I mol/L KCl) ；b 为 0. 1-0. 2 mol/L PBS (0. I mol/L KCl)包含 10-25% 的血清；c 为 0. 1-0. 2 mol/L PBS (0. I mol/L KCl)包含 10-25% 血清及 IXKT5 IXKT8mol/L谷胱甘肽。扫速20_50mv/s。
具体实施例方式为了更清楚地说明本发明的内容，下面结合附图和具体的实施例对本发明再作进一步的说明。本发明实施例中所使用到的仪器或药品CHI832电化学分析仪(上海辰华仪器公司)用于差示脉冲实验；饱和甘汞參比电极(上海日岛科学仪器有限公司);石英管加热式自动双重纯水蒸馏器(1810B,上海亚太技术玻璃公司)用于制备二次蒸馏水；电子天平(北京赛多利斯仪器有限公司)用于称量药品；JSM — 6701F冷场发射型扫描电镜(日本电子株式会社)用于多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶薄膜的形貌表征；超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司);三氧化ニ铝打磨粉(0. 30 mm,0. 05 mm ，上海辰华仪器试剂公司)用于处理玻碳电极；离子液体(简称IL，本发明必须选用疏水性的离子液体，如I-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、I-こ基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或I-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)(中国科学院兰州化学物理研究所)；辅酶QlO(阿拉丁试剂，上海试剂厂)；谷胱甘肽(縮写GSH)(上海叶源生物技术有限公司);磷酸ニ氢钾、磷酸氢ニ钾、氯化钾(天津市凯信化学エ业有限公司)，多壁碳纳米管(縮写MWNTs)(深圳纳米港有限公司)；高纯氮气(纯度为99. 999% (O2彡0. 001%))。PBS缓冲液采用磷酸ニ氢钾和磷酸氢ニ钾配制。修饰电极的制备
1)电极的预处理将玻碳电极依次用0.3 ii m、0. 5 u m的三氧化ニ招悬池液抛光成镜面，再依次经体积分数为95 99. 5%こ醇、95 99. 5%丙酮、二次蒸馏水超声波清洗，得到处理干净的玻碳电极；
2)多壁碳纳米管的纯化将多壁碳纳米管研细，在体积比为31的浓硫酸/浓硝酸混合酸中，120°C油浴加热回流4h，用二次蒸馏水洗涤至中性，置于烘箱中烘干，备用；
3)将纯化后的多壁碳纳米管在超声波作用下分散于离子液体中，形成I 2mg/L悬浊
液；
4)将辅酶QlO溶于硝基苯中，制备浓度为4 7mmol/L溶液；
5)按体积比为(2 3):1，将步骤3)的悬浊液和步骤4)的溶液混合，超声波分散均匀成胶体；
6)取少量步骤5)的胶体放于干净的载玻片上，将经预处理后的玻碳电极在放有胶体的载玻片上轻轻磨几圏，使玻碳电极表面涂覆上ー层胶体，然后放入真空干燥器中，真空干燥，使胶体中的硝基苯挥干，得到基于多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶的修饰电极。所得修饰电极的电化学表征
在电化学工作站的技术选项中选择循环伏安技术和差示脉冲技术，饱和甘汞电极为參比电极，钼丝为对电极，玻碳电极(直径为3mm)为工作电极。循环伏安技术和差示脉冲技术的电位窗设置为-0. 4 V -0. 9 V。图I是电极表面修饰有不同物质时，电极在0. 1-0. 2 mol/L pH=6. 8-7. 5 PBS缓冲液(含0.1 mol/L KCl)中的循环伏安图，其中，a:多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体；b:辅酶QlO/离子液体；c:多壁碳纳米管/离子液体；d:离子液体，由图I可知碳纳米管具有一定的导电性使辅酶QlO的还原峰增强。图2为最后在电极表面所形成的多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶薄膜的电镜图片，由图可以看出，成弯曲状缠绕的多壁碳纳米管很好的分散在离子液休中，因此多壁碳纳米管的加入，可以提高辅酶QlO在离子液体中的吸附性。图3为多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶膜修饰电极分别在0. 1-0. 2 mol/L，PH=6. 8-7. 5 的 PBS 缓冲液(含 I X KT5-I X 1(T8 mol/L 谷胱甘肽和 0. I mol/L KCl)溶液(曲线 a)和 0. 1-0. 2 mol/L，PH=6.8_7.5 的 PBS 缓冲液(含 0.1 mol/L KCl)溶液(曲线 b)中的循环伏安图，可知，谷胱甘肽对辅酶QlO有一定的电流响应，并具有一定的催化性能。
图4为多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶薄膜修饰电极对血浆溶液的差示脉冲图。其中 a 为 0. 1-0. 2 mol/L PBS (0. I mol/L KCl) ;b 为 0. I mol/L PBS (0. I mol/L KCl)包含 10-25% 的血浆；c 为 0. 1-0. 2 mol/L PBS (0. I mol/L KCl)包含 10-25% 血浆及 I X 10_7-1 X 10_8 mol/L 谷胱甘肽。图5为多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶薄膜修饰电极血清溶液的差示脉冲图(图 5)。其中 a为 0. 1-0.2 mol/L PBS (0. I mol/L KCl)山为0.1_0.2 mol/L PBS (0. Imol/L KCl)包含 10-25% 的血清；c 为 0. 1-0. 2 mol/L PBS (0. I mol/L KCl)包含 10-25%血清及I X 10_7到I X 10_8 mol/L谷胱甘肽。谷胱甘肽在人体血液中的含量是26_34mg/100g，因此利用多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶薄膜修饰电极可以用来检测血液中的谷胱甘肽，可以用来分析实际血样样品，有望应用于医疗诊断中。
权利要求
1.一种基于多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶的修饰电极，其特征在于在电极上覆盖ー层疏水性离子液体凝胶，在该疏水性离子液体凝胶中含有I 2mg/L的多壁碳纳米管和I. 4 3. 5mmol/L的辅酶Q10。
2.根据权利要求I所述基于多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶的修饰电极，其特征在于所述疏水性离子液体为烷基咪唑六氟磷酸盐。
3.根据权利要求2所述基于多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶的修饰电极，其特征在于所述烷基咪唑六氟磷酸盐为I-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、I-こ基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或I-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。
4.制备权利要求I所述基于多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶的修饰电极的方法，其特征在于，包括如下步骤 1)将多壁碳纳米管分散于离子液体中，形成I 2mg/L悬浊液； 2)将辅酶QlO溶于硝基苯中，浓度为4 7mmol/L的溶液； 3)按体积比为(2 3):1，将步骤I)的悬浊液和步骤2)的溶液混合均匀成胶体； 4)将步骤3)的胶体涂在电极表面，然后真空干燥，使硝基苯挥干，得到基于多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶的修饰电扱。
5.权利要求I所述基于多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶的修饰电极的用途，其特征在于在制备电流型生物传感器中的应用。
6.权利要求I所述基于多壁碳纳米管/辅酶QlO/离子液体凝胶的修饰电极的用途，其特征在于在检测谷胱甘肽中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极。其通过离子液体将多壁碳纳米管和辅酶Q10固定在电极上，从而在电极表面形成一层修饰层，具体是将多壁碳纳米管分散于离子液体中所形成的悬浊液与辅酶Q10的硝基苯溶液混合成胶体，再将胶体涂覆在电极表面，真空干燥，使胶体中的硝基苯挥干，从而得到基于多壁碳纳米管/辅酶Q10/离子液体凝胶的修饰电极。本发明的修饰电极可直接检测谷胱甘肽，且具有灵敏度高、稳定性强、检测限低的特点。
文档编号G01N27/327GK102645476SQ201210151679
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月16日 优先权日2012年5月16日
发明者何红霞, 卢小泉, 周喜斌, 杜捷, 茹婧 申请人:西北师范大学