一种酶电极、酶生物传感器及其制备方法和应用

本发明涉及一种酶电极、酶生物传感器及其制备方法和应用。所述酶电极包括基底电极，所述基底电极表面附有碳化蛋壳膜，所述碳化蛋壳膜上固定化有纳米金属颗粒和酶。本发明的酶电极以蛋壳膜和纳米金属颗粒复合材料作载体，来实现酶分子的有效固定和酶与电极之间的直接电子转移，提高酶分子催化活性和传感器的灵敏度。与现有技术相比，本发明的酶电极以蛋壳膜为材料，实现废弃物重复利用，制作方法简单、成本低廉，电极和酶之间的电子传递速率高；本发明的酶生物传感器检测灵敏度高、快捷准确、稳定性和重复性好。

1.一种酶电极，包括基底电极，所述基底电极表面附有碳化蛋壳膜，所述碳化蛋壳膜上固定化有纳米金属颗粒和酶；所述酶电极的制备方法包括如下步骤：将剥离出的蛋壳膜贴至基底电极表面，在保护性气氛中加热碳化处理形成附在所述基底电极表面的碳化蛋壳膜；将纳米金属颗粒和酶固定化至所述碳化蛋壳膜上形成所述酶电极。
2.根据权利要求1所述的酶电极，其特征在于，所述基底电极为玻碳电极、铟锡氧化物电极、热解石墨电极、碳糊电极或金属电极。
3.根据权利要求2所述的酶电极，其特征在于，所述基底电极为Al₂O₃抛光过的玻碳电极、铟锡氧化物电极、热解石墨电极、碳糊电极或金属电极。
4.根据权利要求2所述的酶电极，其特征在于，所述金属电极为金电极或银电极。
5.根据权利要求4所述的酶电极，其特征在于，所述金属电极为金电极。
6.根据权利要求1所述的酶电极，其特征在于，所述蛋壳膜来源于鸡蛋壳、鸭蛋壳、鹅蛋壳或鹌鹑蛋壳。
7.根据权利要求1所述的酶电极，其特征在于，所述纳米金属颗粒为纳米金颗粒、纳米银颗粒、纳米铜颗粒、纳米钯颗粒和纳米铂颗粒中的1种或至少2种的组合。
8.根据权利要求1所述的酶电极，其特征在于，所述酶为辣根过氧化物酶、葡萄糖氧化酶、血红蛋白、细胞色素C、漆酶、脱氢酶或氧化还原酶中的1种或至少2种的组合。
9.一种制备权利要求1-8任一项所述的酶电极的方法，包括如下步骤：将剥离出的蛋壳膜贴至基底电极表面，在保护性气氛中加热碳化处理形成附在所述基底电极表面的碳化蛋壳膜；将纳米金属颗粒和酶固定化至所述碳化蛋壳膜上形成所述酶电极；其中，所述基底电极在使用前用Al₂O₃抛光。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述基底电极在使用前用粒径为0.05～1.0μm的Al₂O₃浆液抛光。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述抛光后分别用乙醇和蒸馏水超声清洗。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述超声清洗的时间为2～5min。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述碳化处理前对贴至基底电极表面的蛋壳膜进行干燥处理。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述干燥处理具体为在烘箱内由室温开始以2～5min内温度上调3～5℃的速率上调至60～80℃，整个干燥过程持续4～5h。
15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述碳化处理在马弗炉中进行。
16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述碳化处理的温度为500～1000℃。
17.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述碳化处理的时间为
0.01～10h。
18.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述碳化处理的升温速率为1～20℃·min^-1。
19.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述保护性气氛为氮气、氩气、氦气、氢气和一氧化碳中的1种或至少2种的组合。
20.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述保护性气氛的气体流量为50～300mL/h。
21.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，采用包埋法和/或交联法将所述纳米金属颗粒和酶同时固定化至所述碳化蛋壳膜上。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，先采用电沉积将所述纳米金属颗粒沉积至所述碳化蛋壳膜上，再采用直接吸附法、共价结合法、包埋法和/或交联法将所述酶固定化至所述碳化蛋壳膜上。
23.一种酶生物传感器，包括作为工作电极的权利要求1-8任一项所述的酶电极，以及参比电极和对电极。
24.根据权利要求23所述的酶生物传感器，其特征在于，所述参比电极为饱和甘汞电极、氢电极、银|氯化银电极或汞|氧化汞电极。
25.根据权利要求24所述的酶生物传感器，其特征在于，所述参比电极为饱和甘汞电极。
26.根据权利要求23所述的酶生物传感器，其特征在于，所述对电极为铂丝电极或碳电极。
27.如权利要求1-8任一项所述的酶电极在测定溶液中的底物浓度中的应用。
28.根据权利要求27所述的应用，其特征在于，所述应用中以循环伏安和/或计时电流的方式测定溶液中的底物浓度。
29.根据权利要求28所述的应用，其特征在于，所述循环伏安方式的测试电位扫描速率为25～200mV/s。
30.根据权利要求27所述的应用，其特征在于，所述底物为H₂O₂、葡萄糖或酚类污染物。
31.根据权利要求27所述的应用，其特征在于，所述底物浓度范围为5μM～10mM。
32.根据权利要求27所述的应用，其特征在于，所述溶液为磷酸盐缓冲液、硼酸盐缓冲液、柠檬酸盐缓冲液、碳酸盐缓冲液和醋酸盐缓冲液中的1种或至少2种的组合。