[发明专利]石墨烯‑剥离类水滑石片复合材料固定蛋白修饰电极及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种石墨烯(GR)‑剥离类水滑石片(ELDH)复合材料固定蛋白修饰电极及其制备方法和应用。本发明利用ELDH带正电及比表面积大等特点，通过静电吸引与带负电的剥离氧化石墨烯纳米片(GO)复合，再用水合肼还原，制得了GR‑ELDH杂化物。采用滴涂法依次将GR‑ELDH、血红蛋白和壳聚糖固定在离子液体修饰碳糊电极上，制备了石墨烯‑剥离类水滑石片复合材料固定蛋白修饰电极。本发明所得修饰电极发挥了单层GR纳米片和ELDH的协同效应，GR纳米片增加了ELDH的导电性，抑制了其聚集和堆积；ELDH有效抑制了GR片层的重新堆叠，减少了片层间的接触电阻，提高了复合材料的电子传递速率，构筑的基于CTS/GR‑ELDH‑Hb复合膜的第三代三氯乙酸传感器，具有检测限低、检测范围宽和米氏常数小等优点。

主权项

一种石墨烯‑剥离类水滑石片复合材料固定蛋白修饰电极，其特征在于它包括基底电极层和石墨烯‑剥离类水滑石片复合材料固定蛋白层；所述石墨烯‑剥离类水滑石片复合材料是由剥离的氧化石墨纳米片和剥离的类水滑石片通过静电相互吸引作用组装，再经水合肼还原制得；蛋白质通过滴涂法固定在石墨烯‑剥离类水滑石片复合材料上形成复合蛋白层；其中石墨烯记为GR，剥离类水滑石片记为ELDH；所述石墨烯‑剥离类水滑石片复合材料固定蛋白修饰电极，其中所述剥离类水滑石片为钴铝型；所述蛋白质为牛血红蛋白，记为Hb；所述基底电极为离子液体修饰碳糊电极，记为CILE；所述石墨烯‑剥离类水滑石片复合材料固定蛋白修饰电极的制备方法，包括以下具体步骤：(a)ELDH的制备将二价金属盐CoCl2·6H2O、三价金属盐AlCl3·6H2O和尿素按一定摩尔比加入到装有一定体积去离子水的圆底烧瓶中，总金属离子浓度为0.15mol/L，60～98℃搅拌回流10～36小时，反应完毕后抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤3～5次，室温下干燥48小时，得到碳酸根插层的LDH；称取一定量碳酸根插层的LDH，将其分散于浓度分别为1mol/L的NaCl和3.3mmol/L的HCl混合水溶液中，N2气氛下搅拌12小时，抽滤后室温干燥12小时，得到氯离子插层的LDH；称取一定量氯离子插层的LDH，将其分散于浓度为0.1mol/L的NaNO3的水溶液中，N2气氛下搅拌12小时，抽滤后室温干燥12小时，得到硝酸根插层的LDH；称取一定量硝酸根插层的LDH分散于甲酰胺中，使其浓度为1mg/mL，N2气氛下搅拌24小时，将该混合液在2000rpm条件下离心10min，弃去沉淀以除去未剥离的产物，得到的澄清液即为剥离产物ELDH胶体；(b)GR‑ELDH复合材料的制备采用hummer法制备氧化石墨烯，记为GO，并将一定量的GO分散于甲酰胺中，使其浓度为1mg/mL，超声分散1小时，3000rpm离心10min除去未剥离的GO，得到剥离的GO分散液；将该GO分散液与(a)中所得等体积的ELDH胶体溶液充分混合，室温密闭条件下搅拌12小时，5000rpm离心10min后，所得棕黑色沉淀重新分散于去离子水中，加入一定量的水合肼于80℃搅拌反应2.5小时，4000rpm离心10min得到GR‑ELDH复合材料；(c)CILE的制备将石墨粉与离子液体BPPF6以2:1的质量比加入研钵中，加热到80℃条件下均匀混合，向该粉末状混合物中滴加1mL液体石蜡作为粘合剂，再将混合物充分研磨好后填入玻璃管中，管内插入铜丝作为导线，将玻璃管中的固体混合物压实，得到CILE，使用前将该电极表面打磨光滑；(d)GR‑ELDH复合材料固定蛋白修饰电极的制备将步骤(b)中得到的GR‑ELDH复合材料用去离子水配制成浓度为1mg/mL的浆状液，取8μL该浆状液滴涂在步骤(c)中所得的CILE表面，自然晾干后再在电极上滴涂8μL浓度为10mg/mL的Hb水溶液，自然晾干后，继续滴涂6μL浓度为1.0mg/mL的壳聚糖醋酸CTS溶液，自然干燥后得到CTS/GR‑ELDH‑Hb/CILE生物修饰电极；所述石墨烯‑剥离类水滑石片复合材料固定蛋白修饰电极的制备方法，其中步骤(a)中所述二价金属盐CoCl2·6H2O、三价金属盐AlCl3·6H2O和尿素的摩尔比为2：1：7；一定体积的去离子水为400mL；称取的碳酸根插层的LDH和氯离子插层的LDH量均为配制浓度为1mg/mL悬浮液所需要的质量；步骤(b)中水合肼的用量与GO等质量；步骤(b)所得的GR‑ELDH复合材料由单层的GR和单层的ELDH纳米片复合而成，其厚度为0.85‑1nm。