技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種脫氫酶電極及其制備方法。

背景技術(shù)

酶電極自上世紀(jì)60年代問世以來，其技術(shù)研究和應(yīng)用獲得了巨大的發(fā)展，但幾乎所有分析元件用酶是氧化酶。脫氫酶也是一類氧化還原酶，與氧化酶的不同之處在于酶催化功能需要依賴容易得失電子的輔酶。由于采用輔酶作為電子和氫的傳遞體，脫氫酶的催化反應(yīng)不受體系中氧的影響，這一特點(diǎn)在傳感器的實(shí)際應(yīng)用中特別突出。同時(shí)，與氧化酶相比，脫氫酶種類繁多，來源廣泛，且對(duì)底物一般具有更高的選擇性，因此，脫氫酶電極具有更廣闊的應(yīng)用前景。

雖然，脫氫酶電極具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值，但是此類電極的研究依然存在很多亟待解決的關(guān)鍵問題。比如，如何在低電位下實(shí)現(xiàn)輔酶在電極表面的直接氧化再生；如何將脫氫酶分子固定在載體表面，能持久且高效地保持其活性狀態(tài)等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種能夠在低電位下實(shí)現(xiàn)輔酶的電化學(xué)再生，且操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)靈敏度高、電極穩(wěn)定性重現(xiàn)性好、固定化酶活性高的脫氫酶電極及其制備方法。

為了達(dá)成上述目的之一，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種脫氫酶電極，包括基底電極、涂敷于所述基底電極上的電子傳導(dǎo)層和涂敷于所述電子傳導(dǎo)層上的脫氫酶層，其特征在于，所述電子傳導(dǎo)層為仿生納米復(fù)合材料，所述脫氫酶層為仿生納米復(fù)合材料/脫氫酶復(fù)合物。

所述仿生納米復(fù)合材料為生物大分子分散的碳納米材料；所述仿生納米復(fù)合材料/脫氫酶復(fù)合物為脫氫酶分散固定于所述仿生納米復(fù)合材料所得的復(fù)合物。

所述生物大分子為魚精蛋白、聚賴氨酸、組蛋白的一種，所述碳納米材料為碳納米管、碳納米纖維、石墨烯、碳納米片、碳納米球的一種，所述脫氫酶為乙醇脫氫酶、葡萄糖脫氫酶、乳酸脫氫酶、蘋果酸脫氫酶、甲醇脫氫酶中的一種。

所述仿生納米復(fù)合材料為魚精蛋白和碳納米管復(fù)合物；所述仿生納米復(fù)合材料/脫氫酶復(fù)合物為碳納米管/魚精蛋白/脫氫酶復(fù)合物。

為了達(dá)成上述目的之二，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種脫氫酶電極的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

a、取碳納米材料和生物大分子溶液混合，加入超純水，超聲分散得碳納米材料和生物大分子復(fù)合物的懸濁液，將該懸濁液采用滴涂法涂敷于所述基底電極上，干燥，形成電子傳導(dǎo)層；其中，碳納米材料：生物大分子＝5：(0.1-10)(質(zhì)量比)；

b、取碳納米材料和生物大分子溶液混合，加入超純水，超聲分散得懸濁液，將脫氫酶加入上述懸濁液繼續(xù)超聲處理，使脫氫酶松散的包裹在碳納米材料/生物大分子復(fù)合物中得到固定化脫氫酶體系，將該酶體系采用滴涂法涂敷于所述電子傳導(dǎo)層上，干燥，形成脫氫酶層；其中，所述碳納米材料：生物大分子：脫氫酶＝5:(0.1-10)：(0.1-1)(質(zhì)量比)。

所述超聲分散時(shí)間為60-65min。

本發(fā)明脫氫酶電極能夠在低電位下實(shí)現(xiàn)輔酶的電化學(xué)再生，且操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)靈敏度高、電極穩(wěn)定性重現(xiàn)性好、酶活損失小。本發(fā)明脫氫酶電極響應(yīng)速度快，檢測(cè)濃度范圍寬，電極加工簡(jiǎn)便，基于不同的脫氫酶可以分別實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵液中葡萄糖、乙醇、乳酸、蘋果酸、甲醇等物質(zhì)的選擇性電化學(xué)傳感，為工業(yè)生物過程重要生化參數(shù)的快速或在線檢測(cè)提供新的分析技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)過程優(yōu)化控制、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

本發(fā)明所制備的碳納米材料/生物大分子復(fù)合材料不僅可以高效催化氧化煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，而且能夠提高修飾電極表面親水性，降低電極檢出限。

本發(fā)明將脫氫酶分散包裹在碳納米材料/生物大分子復(fù)合材料中，不僅能夠有效降低固定化脫氫酶活性損失，而且能夠促進(jìn)電子傳遞。

本發(fā)明的有益效果：

1.本發(fā)明利用生物大分子分散碳納米材料，尤其采用魚精蛋白分散碳納米材料，大大提高電極表面親水性，還原型輔酶分子(如，NADH)能夠更容易在電極表面富集，大大降低電極檢出限，提高電極靈敏度。

2.本發(fā)明采用生物大分子和碳納米材料的復(fù)合物固定脫氫酶，尤其魚精蛋白/碳納米管復(fù)合物能夠提供類似的生物膜環(huán)境，將酶分子所處環(huán)境調(diào)節(jié)至生理狀態(tài)，不僅大大降低酶活性的損失，而且脫氫酶直接吸附在碳納米材料表面，能夠極大提高電子的傳導(dǎo)速率。此外，生物大分子尤其是魚精蛋白的存在，使得電極表面的親水性增強(qiáng)，底物分子及輔酶(如，NAD+)能夠更容易達(dá)到電極表面，進(jìn)而提高電極靈敏度。

3.本發(fā)明電極制作簡(jiǎn)單，電極響應(yīng)速度快，檢測(cè)濃度范圍寬，是一種通用型的酶電極的制備方法。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電極檢測(cè)還原型輔酶Ⅰ的原理圖；