一种氧化锌纳米花的制备及在生物传感器方面的应用的制作方法

本发明涉及一种氧化锌纳米花材料的制备方法及其应用。

背景技术：

氧化锌是一种II-VI族半导体材料，氧化锌纳米线具有形貌可控的且易合成的优点，具有优异的生物兼容性，化学稳定性外，可以在生物传感器检测生物分子时提供了直接，快速的电子通道。而具有三维结构的氧化锌纳米花大的孔隙率和更大的比表面积使它与溶液的接触面积更大。常用的合成氧化锌纳米花的方法是水热合成法，该方法具有成本低，合成过程简单的优势。

帕金森病是一种常见的神经系统变性疾病，最主要的病理改变是中脑黑质多巴胺能神经元的变性死亡，由此引起多巴胺含量显著减少而致病。左旋多巴（L-dopa）又名左多巴，是一种抗震颤麻痹药，主要用来治疗帕金森疾病。左旋多巴通过血脑障碍且在芳香族氨基酸脱羧酶的作用下生成多巴胺，以弥补脑部多巴胺的不足，但是人体内左旋多巴含量过多会产生毒副作用。所以，准确的检测左旋多巴在人体内的含量具有非常重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的是通过水热法制备出氧化锌纳米花并使用自动喷涂法制备出氧化锌纳米花/ITO电极，并将该电极用于左旋多巴的检测。

本发明提供的一种氧化锌纳米花/ITO电极的制备方法是按以下步骤进行：

一、水热合成法：

1）用蒸馏水作为溶剂分别配制浓度为0.03mol/L～0.07mol/L的硝酸锌溶液、0.03mol/L～0.07mol/L的六亚甲基四胺溶液、0mol/L～0.07mol/L的氨水溶液和0mmol/L～7mmol/L的聚醚酰亚胺溶液，并将四种溶液混合均匀后以450r/min～550r/min 的转速磁力搅拌3min～5min 得到水热反应溶液；

2）将步骤1）得到的水热反应溶液倒入反应釜中，盖上反应釜盖子，在90℃～ 120℃的温度条件下反应11~13小时，然后取出在空气中自然冷却至室温，得到氧化锌纳米花，打开反应釜用蒸馏水将材料清洗干净，并将过滤后的氧化锌纳米花转移到培养皿中，放入干燥箱中在70℃～90℃下干燥1~3小时得到氧化锌纳米花；

二、自动喷涂法

1）将0.01g~0.03g的氧化锌纳米花与20mL的去离子水混合得到氧化锌悬浊液；

2）ITO导电玻璃分别在丙酮溶液、乙醇溶液与去离子水中超声清洗20min后，在室温下自然冷却干燥。将六块ITO导电玻璃固定在喷涂设备加热板上，用透明胶带将ITO导电玻璃夹电极线一侧覆盖，保证电极线与ITO导电玻璃直接接触；

3）将分散均匀的氧化锌溶液于喷枪中采用自动喷涂法制备氧化锌纳米花/ITO电极，整个喷涂过程在10 psi进气压下进行，喷嘴到ITO导电玻璃的距离为15cm，加热盘温度为160 ℃，喷涂过程中氧化锌溶液用微型搅拌器不断搅拌；

4）将喷涂有氧化锌纳米花的ITO电极置于石英管式炉中，在空气下，以10 ℃·min^-1的升温速度到450℃保温1h，然后随炉冷却到室温；

5）在冷却后的ITO导电玻璃上滴加5μL～20μL的0.1% Nafion溶液，最后得到氧化锌纳米花/ITO电极。

本发明的优点：

1）本发明采用水热合成法，该方法具有合成成本低，合成过程简单的优势，然后用自动喷涂法在不需要种子层的情况下构建出氧化锌纳米花/ITO电极；

2）本发明制备出的氧化锌纳米花材料在保持了原来氧化锌优异的生物相容性和直接，快速的电子通道外，增大了氧化锌的比表面积，使其与溶液的接触面积变大，提高材料电化学性能，可使得电化学检测左旋多巴的灵敏度为0.1μA·μM^-1。

附图说明：

图1是具体实施方式二制备出的氧化锌纳米花放大10000倍的扫描电镜照片；

图2是具体实施方式三制备出的氧化锌纳米花放大10000倍的扫描电镜照片；

图3是具体实施方式四制备出的氧化锌纳米花放大10000倍的扫描电镜照片；

图4是具体实施方式一制备出的氧化锌纳米花放大10000倍的扫描电镜照片；

图5是试验制备的氧化锌纳米花的X射线衍射图谱；

图6是检测得到的左旋多巴浓度与氧化峰电流的线性拟合图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式中一种氧化锌纳米花材料的制备方法，具体是按以下步骤进行的：

一、水热合成法：

1）用蒸馏水作为溶剂分别配制浓度为0.05mol/L的硝酸锌溶液和0.05mol/L的六亚甲基四胺溶液，并将这两种溶液混合均匀后以450r/min～550r/min 的转速磁力搅拌3min～5min 得到水热反应溶液；

2）将步骤1）得到的水热反应溶液倒入反应釜中，盖上反应釜盖子，在90℃～ 120 ℃的温度条件下反应11~13小时，然后取出在空气中自然冷却至室温，得到氧化锌纳米花，打开反应釜用蒸馏水将材料清洗干净，并将过滤后的氧化锌纳米花转移到培养皿中，放入干燥箱中在70℃～90℃下干燥1~3小时得到氧化锌纳米花；

二、自动喷涂法

1）将0.01g~0.03g的氧化锌纳米花与20mL的去离子水混合得到氧化锌悬浊液；

2）ITO导电玻璃分别在丙酮溶液、乙醇溶液与去离子水中超声清洗20min后，在室温下自然冷却干燥。将六块ITO导电玻璃固定在喷涂设备加热板上，用透明胶带将ITO导电玻璃夹电极线一侧覆盖，保证电极线与ITO导电玻璃直接接触；

3）将分散均匀的氧化锌溶液于喷枪中采用自动喷涂法制备氧化锌纳米花/ITO电极，整个喷涂过程在10 psi进气压下进行，喷嘴到ITO导电玻璃的距离为15cm，加热盘温度为160℃，喷涂过程中氧化锌溶液用微型搅拌器不断搅拌；

4）将喷涂有氧化锌纳米花的ITO电极置于石英管式炉中，在空气下，以10 ℃·min^-1的升温速度到450℃保温1h，然后随炉冷却到室温；

5）在冷却后的ITO导电玻璃上滴加5μL～20μL的0.1%Nafion溶液，最后得到氧化锌纳米花/ITO电极。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一1）用蒸馏水作为溶剂分别配制浓度为0.05mol/L的硝酸锌溶液、0.05mol/L的六亚甲基四胺溶液和0.05mol/L的氨水溶液，并将三种溶液混合均匀后以450r/min~550r/min 的转速磁力搅拌3~5min 得到水热反应溶液；其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一1）用蒸馏水作为溶剂分别配制浓度为0.05mol/L的硝酸锌溶液、0.05mol/L的六亚甲基四胺溶液、0.05 mol/L的氨水溶液和2mmol/L的聚醚酰亚胺溶液，并将这四种溶液混合均匀后以450r/min~550r/min 的转速磁力搅拌3~5min 得到水热反应溶液；其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：步骤一1）用蒸馏水作为溶剂分别配制浓度为0.05mol/L的硝酸锌溶液、0.05mol/L的六亚甲基四胺溶液、0.05mol/L氨水和5mmol/L聚醚酰亚胺溶液，并将这四种溶液混合均匀后以450r/min~550r/min 的转速磁力搅拌3~5min 得到水热反应溶液；其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四不同的是：步骤将0.03g~0.05g的氧化锌纳米花与20mL的去离子水混合得到氧化锌悬浊液，其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五不同的是:步骤二5）中热处理后，在冷却的ITO导电玻璃上滴加20μL～40μL的0.1%Nafion溶液，最后得到氧化锌纳米花/ITO电极，其它与具体实施方式一至五之一相同。

本实施方式是一种氧化锌纳米花/ITO作为工作电极使用，通过脉冲伏安方法测试获得该材料对不同浓度左旋多巴的相应的电流值，从而起到检测左旋多巴的作用。

采用下述试验验证本发明效果：

试验一：本试验的一种氧化锌纳米花材料的制备方法是按以下方法实现的：

一、水热合成法：

1）用蒸馏水作为溶剂分别配制浓度为0.05mol/L的硝酸锌溶液、0.05mol/L的六亚甲基四胺溶液、0.05 mol/L的氨水溶液和5mmol/L的聚醚酰亚胺溶液，并将四种溶液混合均匀后以500 r/min 的转速磁力搅拌5min 得到水热反应溶液；

2）将步骤1）得到的水热反应溶液倒入反应釜中，盖上反应釜盖子，在100 ℃的温度条件下反应12h，然后取出在空气中自然冷却至室温，得到氧化锌纳米花，打开反应釜用蒸馏水将材料清洗干净，并将过滤后的氧化锌纳米花转移到培养皿中，放入干燥箱中在80℃下干燥2小时；

二、自动喷涂法

1）将0.01 g的氧化锌纳米花与20mL的去离子水混合得到氧化锌悬浊液；

2）ITO导电玻璃分别在丙酮溶液、乙醇溶液与去离子水中超声清洗20min后，在室温下自然冷却干燥。将六块ITO导电玻璃固定在喷涂设备加热板上，用透明胶带将ITO导电玻璃夹电极线一侧覆盖，保证电极线与ITO导电玻璃直接接触；

3）将分散均匀的氧化锌溶液于喷枪中采用自动喷涂法制备氧化锌纳米花/ITO电极，整个喷涂过程在10psi进气压下进行，喷嘴到ITO导电玻璃的距离为15cm，加热盘温度为160℃，喷涂过程中氧化锌溶液用微型搅拌器不断搅拌；

4）将喷涂有氧化锌纳米花的ITO电极置于石英管式炉中，在空气下，以10 ℃·min^-1的升温速度到450℃保温1h，然后随炉冷却到室温；

5）在冷却后的ITO导电玻璃上分别滴加5μL0.1% Nafion溶液，最后得到氧化锌纳米花/ITO电极。

图1是具体实施方式二制备出的氧化锌纳米花放大10000倍的扫描电镜照片；从图中可以看出氧化锌纳米花的枝干还比较粗大，数量也比较稀疏，纳米棒为六棱柱状，长度为1.5~2μm，直径约为500nm。

图2是具体实施方式三制备出的氧化锌纳米花放大10000倍的扫描电镜照片；从图中可以看出氧化锌中纳米棒为片状，长度为1.5~2μm，直径约为300nm。

图3是具体实施方式四制备出的氧化锌纳米花放大10000倍的扫描电镜照片；从图中可以看出氧化锌纳米花的枝干变得更加细小均匀，但是不够稠密，纳米棒为针状，长度为1.5~2μm，直径约为200nm。

图4是具体实施方式一制备出的氧化锌纳米花放大10000倍的扫描电镜照片；从图中可以看出纳米花的枝干细小均匀，排列有序，而且比较稠密，纳米棒为针状，长度为3μm，直径约为100nm。

图5是合成氧化锌纳米花材料的衍射图谱，其中的峰值对应着氧化锌纳米花的特征峰，由此证明合成的物质为氧化锌纳米花。

试验二：氧化锌纳米花/ITO作为工作电极的检测试验，具体操作如下：

将氧化锌纳米花连同ITO导电玻璃作为工作电极，有效的材料面积为0.7cm²，银/氯化银作为参比电极，铂丝作为对电极，采用传统三电极系统通过脉冲伏安法测试，电位增加50mV，脉冲高度4mV，扫描速率8mV/s，从而获得该材料对不同浓度左旋多巴的相应的电流值；所述的氧化锌纳米花是试验一制备的。

利用传统三电极系统通过脉冲伏安法测试进行检测，得到左旋多巴浓度与电流线性拟合的图，图6是试验二得到的左旋多巴与电流的线性拟合图，通过图6在测试的浓度范围内，可以得到左旋多巴浓度变化与电流的线性关系直线，左旋多巴浓度在0~40µM的范围内时，氧化锌纳米花材料修饰的ITO电极对左旋多巴的灵敏度为0.1 μA·μM^-1。