基于碳点-壳聚糖修饰玻碳电极的分子印迹传感器的制备及应用

摘要

本发明属于电化学传感器制备技术领域，适用于制备无酶检测葡萄糖的传感器，涉及一种基于碳点‑壳聚糖修饰玻碳电极的分子印迹传感器的制备方法及应用。本发明采用生物质材料制备环境友好型碳量子点溶液，以碳量子点‑壳聚糖溶液对玻碳电极进行修饰；然后以3‑氨基苯硼酸作为功能单体，通过电化学聚合法在碳点‑壳聚糖修饰过的玻碳电极表面制备对模板分子葡萄糖有特异性识别响应的分子印迹传感器。本发明用碳量子点‑壳聚糖溶液修饰电极，绿色环保，显著提高了电极的电化学性能。结合分子印迹技术，制备出对葡萄糖有特异性识别响应的分子印迹传感器，将其应用于生理条件下的葡萄糖检测，具有操作简单，成本低廉，选择性和灵敏度高等优点。

说明书

技术领域

本发明属于电化学传感器制备技术领域，涉及制备无酶检测葡萄糖的传感器，尤其涉及一种基于碳点-壳聚糖修饰玻碳电极的分子印迹传感器的制备方法及应用。

背景技术

近年来，与世界各国一样，中国的糖尿病患病率在逐渐上升，糖尿病对我国人民健康的影响日趋严重。我国虽属世界上糖尿病低患病率国家，但糖尿病患者的人数已居世界第二位，增加速度惊人。因此，快速高效检测人体血液中葡萄糖的浓度，对糖尿病的诊断显得尤为重要。

目前检测葡萄糖的方法有很多，如分光光度法、比色法和色谱法等，这些方法不仅费力耗时，而且灵敏度较低。电化学生物传感器结构简单，操作简便，方法简单，快速实时，具有更高的灵敏度和选择性，易于小型化、微型化。其中无酶电化学传感器由于活性材料对分析物的非特异性电催化作用，导致传感器的选择性变差。采用分子印迹技术将其特有的高选择性与电化学传感器结合起来，可以制备对葡萄糖有特异性识别响应的分子印迹传感器。

荧光碳点作为近年来新探索出的碳纳米材料，是一种形态呈球形的颗粒，尺寸普遍在10nm之内，表面一般含有大量的含氧基团，可用不同的合成方法和表面处理方式使其表面的含氧量产生差异。除此之外，由于荧光碳点具有荧光的不连续发射、离散、荧光稳定性高、粒径小毒性低等特点，甫一被发现就受到极大关注。壳聚糖是绿色无污染的天然多糖高分子，是极有发展前途的天然高分子膜材料，具有很好的成纤性。用碳点-壳聚糖溶液对电极进行修饰，较好地提高了其光学性能，结合分子印迹技术，实现对葡萄糖的快速高效检测。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于公开了一种基于碳点-壳聚糖修饰玻碳电极的分子印迹传感器的制备方法。

本发明采用生物质材料制备环境友好型碳量子点溶液，以碳量子点-壳聚糖溶液对玻碳电极进行修饰；然后以3-氨基苯硼酸作为功能单体，通过电化学聚合法在碳点-壳聚糖修饰过的玻碳电极表面制备对模板分子葡萄糖有特异性识别响应的分子印迹传感器。

一种基于碳点-壳聚糖修饰玻碳电极的分子印迹传感器的制备方法，包括如下步骤：

a）将纯棉材料与蒸馏水置于密闭反应容器中，180～220℃连续加热12～18h，冷却至室温，即可得到碳量子点的溶液，其中，所述纯棉材料与蒸馏水的质量比为1：40～1:80，优选1:60；

b）将含有碳点的溶液进行过滤、离心、透析和冷冻干燥，即得固态荧光碳量子点；

c）将固态荧光碳量子点，与1％壳聚糖醋酸溶液混合，滴涂于处理过的玻碳电极表面，置于60℃烘箱中干燥30min，冷却至室温后即得修饰电极，其中，所述碳量子点与壳聚糖溶液的固液比为1mg:1mL～5mg:1mL，优选3mg:1mL，滴涂量为5～20μL，优选9μL；

d）将葡萄糖、3-氨基苯硼酸和硼砂缓冲液加入容器中，室温下搅拌使之混合均匀，其中葡萄糖、3-氨基苯硼酸和硼砂的摩尔比为1:0.5:40～1:2:40，优选1:1:40；

e）将步骤c）所制备的修饰电极置于上述体系，pH为8～11，优选pH值为9，利用电化学方法聚合成膜；

f）用无机酸洗脱液将模板分子洗脱，即得分子印迹传感器。

本发明较优公开例，步骤a)中所述温度200℃下连续加热15h。

本发明较优公开例，步骤c)所述处理过的玻碳电极，分别用0.3μm和0.05μm的α-氧化铝浆液对玻碳电极进行抛光后，依次在蒸馏水、乙醇和蒸馏水中超声清洗，自然晾干。

本发明较优公开例，步骤f)中所述洗脱液为盐酸或硫酸，浓度0.05～1.0 mol/L，优选0.1mol/L 盐酸。

本发明较优公开例，步骤f)中所述电化学方法，具体参数为：在0～1.5V的电位范围内，以50mV s^-1的扫描速率循环伏安扫描250圈。

本发明的另外一个目的在于，根据线性拟合，所制备的传感器是对葡萄糖有特异性识别响应的分子印迹传感器，可用于生理条件下的葡萄糖检测。

有益效果

本发明公开了采用生物质材料制备环境友好型碳量子点溶液，以碳量子点-壳聚糖溶液对玻碳电极进行修饰；然后以3-氨基苯硼酸作为功能单体，通过电化学聚合法在碳点-壳聚糖修饰过的玻碳电极表面制备对模板分子葡萄糖有特异性识别响应的分子印迹传感器。用碳量子点-壳聚糖溶液修饰电极，绿色环保，显著提高了电极的电化学性能。结合分子印迹技术，制备出对葡萄糖有特异性识别响应的分子印迹传感器，具有操作简单，成本低廉，选择性和灵敏度高等优点，有望实用。

附图说明

图1 修饰电极在铁氰化钾溶液中的循环伏安图：（a）玻碳电极、（b）碳量子点-壳聚糖修饰电极、（c）未洗脱的分子印迹修饰电极、（d）洗脱后的分子印迹修饰电极和（e）吸附20μM葡萄糖的分子印迹修饰电极。

图2 分子印迹电化学传感器的抗干扰能力测试图。

图3 分子印迹电化学传感器对不同浓度葡萄糖的电化学响应：(A) 差分脉冲伏安法检测不同浓度的葡萄糖和(B) 葡萄糖浓度与电化学信号的线性关系。葡萄糖的浓度分别为0.5、5、10、20、30、40、50、100、200、400和 600 μmol/L。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实施例。

实施例1

a）修饰电极的制备：将质量比1:40的纯棉材料与蒸馏水置于密闭反应容器中，在180℃下加热12h，冷却至室温，即可得到碳量子点的溶液。含有碳点的溶液进行过滤、离心、透析和冷冻干燥，即得固态荧光碳量子点。将1mg碳量子点与1mL壳聚糖溶液例混合，滴涂5μL于处理过的玻碳电极表面，置于60℃烘箱中干燥30min，冷却至室温后即得修饰电极。

b)分子印迹电化学传感器的制备：将葡萄糖，3-氨基苯硼酸和硼砂缓冲液按摩尔比为1:2:40加入容器中，室温下搅拌使之混合均匀；将步骤a）所制备的修饰电极置于上述体系，通过电化学方法在pH 8下聚合成膜。用0.05mol/L盐酸洗脱模板分子，即得分子印迹传感器。

实施例2

a）修饰电极的制备：将质量比1:50的纯棉材料与蒸馏水置于密闭反应容器中，在190℃下加热14h，冷却至室温，即可得到碳量子点的溶液。含有碳点的溶液进行过滤、离心、和冷冻干燥，即得固态荧光碳量子点。将2mg碳量子点与1mL壳聚糖溶液例混合，滴涂10μL于处理过的玻碳电极表面，置于60℃烘箱中干燥30min，冷却至室温后即得修饰电极。

b)分子印迹电化学传感器的制备：将葡萄糖，3-氨基苯硼酸和硼砂缓冲液按摩尔比为1:1.5:40加入容器中，室温下搅拌使之混合均匀；将步骤a）所制备的修饰电极置于上述体系，通过电化学方法在pH 8.5下聚合成膜。用0.05mol/L硫酸洗脱模板分子，即得分子印迹传感器。

实施例3

a）修饰电极的制备：将质量比1:60的纯棉材料与蒸馏水置于密闭反应容器中，在200℃下加热15h，冷却至室温，即可得到碳量子点的溶液。含有碳点的溶液进行过滤、离心、透析和冷冻干燥，即得固态荧光碳量子点。将3mg碳量子点与1mL壳聚糖溶液例混合，滴涂9μL于处理过的玻碳电极表面，置于60℃烘箱中干燥30min，冷却至室温后即得修饰电极。

b)分子印迹电化学传感器的制备:将葡萄糖，3-氨基苯硼酸和硼砂缓冲液按摩尔比为1:1:40加入容器中，室温下搅拌使之混合均匀；将步骤a）所制备的修饰电极置于上述体系，通过电化学方法在pH 9下聚合成膜。用0.1mol/L盐酸洗脱模板分子，即得分子印迹传感器。

实施例4

a）修饰电极的制备：将质量比1:70的纯棉材料与蒸馏水置于密闭反应容器中，在210℃下加热16h，冷却至室温，即可得到碳量子点的溶液。含有碳点的溶液进行过滤、离心、透析和冷冻干燥，即得固态荧光碳量子点。将4mg碳量子点与1mL壳聚糖溶液例混合，滴涂15μL于处理过的玻碳电极表面，置于60℃烘箱中干燥30min，冷却至室温后即得修饰电极。

b)分子印迹电化学传感器的制备:将葡萄糖，3-氨基苯硼酸和硼砂缓冲液按摩尔比为1:0.6:40加入容器中，室温下搅拌使之混合均匀；将步骤a）所制备的修饰电极置于上述体系，通过电化学方法在pH 10下聚合成膜。用0.1mol/L硫酸洗脱模板分子，即得分子印迹传感器。

实施例5

a）修饰电极的制备：将质量比1:80的纯棉材料与蒸馏水置于密闭反应容器中，在220℃下加热18h，冷却至室温，即可得到碳量子点的溶液。含有碳点的溶液进行过滤、离心、透析和冷冻干燥，即得固态荧光碳量子点。将5mg碳量子点与1mL壳聚糖溶液例混合，滴涂20μL于处理过的玻碳电极表面，置于60℃烘箱中干燥30min，冷却至室温后即得修饰电极。

b)分子印迹电化学传感器的制备:将葡萄糖，3-氨基苯硼酸和硼砂缓冲液按摩尔比为1:0.5:40加入容器中，室温下搅拌使之混合均匀；将步骤a）所制备的修饰电极置于上述体系，通过电化学方法在pH 11下聚合成膜。用1mol/L盐酸洗脱模板分子，即得分子印迹传感器。

葡萄糖的检测实验

在5mmol/L K₃[Fe(CN)₆]和0.1mol/L>

说明书附图中，图1 修饰电极在铁氰化钾溶液中的循环伏安图，测试体系：含0.1mol/L KCl 和5mmol/L K₃[Fe(CN)₆]>

图2 分子印迹电化学传感器的抗干扰能力测试图。测试体系：含0.1mol/L KCl 和5mmol/L K₃[Fe(CN)₆]>

图3 分子印迹电化学传感器对不同浓度葡萄糖的电化学响应，测试体系：含0.1mol/L KCl和5mmol/L K₃[Fe(CN)₆]>

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。