专利名称：聚苯胺-多酚氧化酶传感器的制备方法
技术领域：
本发明涉及生物传感器技术领域，特别是制备聚苯胺-多酚氧化酶生物传感器的
工艺技术领域。
背景技术：
酚类化合物对人类及动、植物存在危害并导致了严重的环境问题。因此，对酚类化 合物的监控成为重要的研究课题。多酚氧化酶生物传感器因其高灵敏度、快速响应、操作简 单及易于小型化等优点被广泛地用于酚类化合物的检测。酶的固定是构筑生物传感器的关 键步骤，而固定酶的材料和方法对传感器的性能有重要影响。目前有许多材料如磁性纳米 粒子、溶胶-凝胶，自组装单层膜，粘土等用于多酚氧化酶的固定。然而，有些材料制备复杂 或耗时，有些生物兼容性差或对酶的负载量低，使这些材料的应用受到了限制。因此，探索 新材料和/或新方法实现多酚氧化酶的有效固定具有重要的理论及实践意义。
自二十世纪八十年代以来，用导电高聚物固定酶制备生物传感器引起了研究者的 广泛关注。聚苯胺由于其单体原料(苯胺)价格低、合成简单、导电率高、环境稳定性好、耐 高温及抗氧化性好及氧化还原可逆性等优点，广泛应用于抗静电及电磁屏蔽材料、二次电 池、防腐蚀材料、超级电容器、选择性透过膜及生物传感器等方面。基于聚苯胺具有良好的 生物兼容性、导电性、掺杂和去掺杂特性、以及能被许多基团修饰等特点，使之成为固定酶 的优选材料。然而，在PH > 4的溶液中合成的聚苯胺会失去电化学活性和导电性，这不利 于生物传感器的电子传递反应。 目前用导电聚苯胺固定酶构筑生物传感器的常用的方法可分为四类，"一步法"、 "两步法"、"模板法"和"交联法"，四种方法都具有各自的优、缺点。早期的"一步法"大多在 中性介质中进行，在此条件下合成的聚苯胺膜结构紧密、导电性差、酶的负载量低、以及电 荷传递效率低，因此"一步法"在一段时间内受到冷落。然而，与其他三种方法相比，"一步 法"具有突出的优势，如方法简便，制做成本低、易于批量生产等。因此，只要克服了以上不 足之处，"一步法"将是一种有前途的固定酶的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能既简便又经济地制备新型的聚苯胺_多酚氧化酶 传感器的方法。
本发明的技术方案是采用直接电化学聚合法制备聚苯胺_多酚氧化酶传感器。
也即在含有离子液体及表面活性剂的苯胺溶液中固定多酚氧化酶，构成聚苯 胺-多酚氧化酶传感器；所述离子液体为硫酸乙酯-l-甲基_3-乙基咪唑离子液体；所述表 面活性剂为十二烷基硫酸钠。 通过试验表明，在离子液体中合成的聚苯胺-多酚氧化酶传感器在pH高达12的 条件下仍保持良好的电化学活性和导电性，这对生物传感器的电子传递反应是十分有益 的。
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本发明以"一步法"，即将酶、单体及支持电解液混合，在电极上电解生成导电 高聚物膜的同时，实现酶的固定。本发明合成的聚苯胺-多酚氧化酶传感器具有良好的 生物兼容性，合适的孔结构等优点，能实现多酚氧化酶的有效固定。因此，本发明制备的 聚苯胺_多酚氧化酶传感器优点在于高PH下仍具有良好的电化学活性，对底物响应快 (< 20s)，灵敏度高，较宽的线性范围，重复性、稳定性好。该传感器能对酚类化合物进行监 本发明所述电解液的组成包括0. 1-0. 5mol dm—3苯胺、体积百分比为5_50%的硫 酸乙酯-1-甲基_3-乙基咪唑离子液体、0. 1-1. Og dm—3多酚氧化酶、0. 1-3. Omol dm—3盐酸 及0. 1-5. Og dm—3十二烷基硫酸钠。 采用以上组分制作的聚苯胺_多酚氧化酶传感器能有效地克服不含离子液体和 十二烷基硫酸钠的同样条件下制作的聚苯胺_多酚氧化酶传感器电化学活性差、电荷传递 慢，以及因孔隙率不合适而引起酶的负载量低等不足。对提高酶传感器的电流响应、縮短酶 传感器的响应时间和延长酶传感器的寿命是非常有益的。
图1为响应电流与电势的关系图。 图2为响应电流与邻苯二酚浓度的关系图。 图3为响应电流与pH的关系图。 图4为响应电流与温度关系图。 图5为传感器的长期稳定性试验图。
具体实施例方式
—、制备过程 1、原料苯胺(经减压蒸馏至无色后保存在4t:冰箱中备用)。 来自蘑菇中的多酚氧化酶。 硫酸乙酯-1-甲基-3-乙基咪唑离子液体(根据文献J. D. Holbrey， W. M. Reichert， R. P. Swatlosk， G. A. Broker, W. R. Pitner， K. R. Seddon， R. D. Rogers, Green Chem. ，4(2002)407的方法制备)。 其余原料均为分析级。 溶液均用二次蒸馏水配制。 2、电解液组成 苯胺占电解液总量的0. 1-0. 5mol dm—3。 硫酸乙酯-1-甲基-3-乙基咪唑离子液体占电解液总体积百分比为5-50% 。 多酚氧化酶占电解液总量的0. 1-1. 0g dm—3。 盐酸占电解液总量的0. 1-3. Omol dm一3。 十二烷基硫酸钠占电解液总量的0. 1-5. 0g dm—3。 3、电解池组成 电解池采用三电极体系，由两铂片和一饱和甘汞电极(SCE)构成。铂电极使用前用铬酸、酒精及八1203处理。
4、传感器制备过程 将电解液加入电解池中，电势控制在O. 5-1. 2V，恒电位合成2 15分钟，电极表面
形成均匀致密的薄膜，从而制备多酚氧化酶传感器。传感器取出后用二次水彻底冲洗。
5、保存传感器不使用时放入4t:冰箱中干燥保存。 二、试验包括电位、底物(邻苯二酚)浓度、pH值、温度对传感器响应电流的影响 及传感器的稳定性测定。
1、电势对聚苯胺_多酚氧化酶传感器响应电流的影响 试验温度条件为25. (TC ，在含40 ii mol dm—3邻苯二酚的B-R缓冲溶液(pH = 6. 5) 中，多酚氧化酶生物传感器的响应电流与电势的关系示于图1。 从图1 中可见电位在175至-25mV范围内，响应电流随电势的降低逐渐增大，这
是由于随电势的降低醌的还原反应变快的缘故。 2、底物(邻苯二酚)浓度对响应电流的影响 图2为在B-R缓冲溶液(pH = 6. 5)中，多酚氧化酶传感器响应电流与邻苯二酚浓 度之间的关系。 试验温度条件为25. (TC， pH = 6. 5， E = 50mV(vs. SCE)。 从图2可见，在浓度低于150 ii mol dm—3时响应电流随邻苯二酚浓度线性增大(如 插图所示)，表明酶催化反应为一级反应。随着邻苯二酚浓度的继续增大，响应电流增加缓 慢，最后酶催化反应由一级反应转化为零级反应。根据综合污水排放标准(GB8978-1996)， 邻苯二酚浓度应为2. 75-9. 17 ii moldm—3。故该传感器能满足实际应用的需要。
3、pH值对响应电流的影响i式验条件:邻苯二酚浓度为40 ii mol dm—3， E = 50mV(vs. SCE) ， 25. 0°C 。
图3为在含40 ii mol dm—3邻苯二酚的B_R缓冲液中，响应电流与pH之间的关系。
由图3可见随pH值的增大，传感器的响应电流先增大后减小。pH二6.5时响应 电流达到最大值。说明固定的多酚氧化酶最适pH是6. 5，这与蘑菇中的自由多酚氧化酶最 适pH 6. 2接近。 4、温度对响应电流的影响试验条件:邻苯二酚浓度为40 ii mol dm—3， pH = 6. 5， E = 50mV(vs. SCE) 图4为在含40iimo1 dm—3邻苯二酚的B-R缓冲液中，响应电流与温度的关系。如
图4所示，传感器的响应电流随温度升高而增加，温度继续升高，响应电流减小。最大响应
电流出现在4(TC，这是固定化的多酚氧化酶的最适温度。 5、聚苯胺-多酚氧化酶传感器的稳定性试验条件:邻苯二酚浓度为40 ii mol dm—3， pH = 6. 5， E = 50mV(vs. SCE)
如图5所示，通过测量传感器对40 ii mol dm—3邻苯二酚的响应电流检测了它的长 期稳定性。120天后，传感器的响应电流保持了初始电流的75%，直到现在它仍然保持了好 的活性。因此，该聚苯胺_多酚氧化酶传感器具有较高稳定性。 综上所述，本发明在含离子液体(硫酸乙酯-l-甲基_3-乙基咪唑离子液体)及 表面活性剂(十二烷基硫酸钠)的苯胺溶液中用直接电化学的方法固定多酚氧化酶成功制备了聚苯胺-多酚氧化酶生物传感器。该传感器对底物(邻苯二酚)进行检测，具有响应 快、灵敏度高、线性范围宽、重复性和长期稳定性好的特点，具有实际应用价值。
权利要求
聚苯胺-多酚氧化酶传感器的制备方法，其特征在于采用直接电化学聚合法制备聚苯胺-多酚氧化酶传感器。
2. 根据权利要求1所述聚苯胺_多酚氧化酶传感器的制备方法，其特征在于在含有离 子液体及表面活性剂的苯胺溶液中固定多酚氧化酶，构成聚苯胺_多酚氧化酶传感器；所 述离子液体为硫酸乙酯-1-甲基_3-乙基咪唑离子液体；所述表面活性剂为十二烷基硫酸 钠。
3. 根据权利要求2所述聚苯胺_多酚氧化酶传感器的制备方法，其特征在于所述电解 液包括0. 1-0. 5mol dm—3苯胺、体积百分比为5_50%的硫酸乙酯-1-甲基-3-乙基咪唑离 子液体、0. 1-1. Og dm—3多酚氧化酶、0. 1-3. Omol dm—3盐酸及0. 1-5. Og dm—3十二烷基硫酸 钠。
全文摘要
聚苯胺-多酚氧化酶传感器的制备方法，本发明涉及生物传感器技术领域，采用直接电化学聚合法制备聚苯胺-多酚氧化酶传感器。即在含有离子液体及表面活性剂的苯胺溶液中固定多酚氧化酶，构成聚苯胺-多酚氧化酶传感器。本发明以“一步法”，即将酶、单体及支持电解液混合，在电极上电解生成导电高聚物膜的同时，实现酶的固定。具有良好的生物兼容性，合适的孔结构等优点，能实现多酚氧化酶的有效固定。因此，本发明制备的聚苯胺-多酚氧化酶传感器优点在于高pH下仍具有良好的电化学活性，对底物响应快，灵敏度高，较宽的线性范围，重复性、稳定性好。该传感器能对酚类化合物进行监测。
文档编号G01N27/403GK101738424SQ20091023488
公开日2010年6月16日 申请日期2009年10月26日 优先权日2009年10月26日
发明者谭永艳, 阚锦晴 申请人:扬州大学