技术领域
[0001] 本
发明涉及自组装技术、
电泳沉积技术、功能复合涂层与电化学
传感器领域，特别是涉及一种通过电泳沉积将负载分子识别基元的
聚合物纳米粒子与无机导电纳米粒子同时沉积在传感器
电极表面，并将其用于制备复合传感涂层的方法。
背景技术
[0002]
生物传感器是一种由生物活性物质(如酶、
抗体、
抗原、
微生物、细胞、组织、核酸等)作为识别元件，与适当的
信号换能器及
放大器所构成的分析检测装置。与传统的检测方法相比，生物传感器具有选择性强，灵敏度高、可靠性好、操作简便等性能，在临床诊断、
食品安全、药物分析、工业控制、环境监测以及生物技术、生物芯片等诸多领域有着广阔的应用前景。
[0003] 生物分子识别基元是生物传感器核心元件，直接决定生物传感器的功能与
质量。生物分子基元的固定通常需要一定的基质材料，生物分子基元与基质材料结合作为传感涂层成为生物传感器的核心材料。因此，生物分子识别基元的固定方式与固定效果是生物传感器制备过程中关键步骤。生物分子识别基元的固定化方法多种多样，常用的经典固定化方法有：包埋法、共价键合法、
吸附法和层层自组装法等。然而，这些固定方式主要通过共价或非共价方式将分子识别基元固定在膜基质表面因此，分子识别基元存在易于渗漏、酶活性中心被包埋、酶活性易于损失等缺点。
[0004] 聚合物纳米粒子具有制备简单、
比表面积大等优点，常常用作载体实现对小分子药物等功能因子的负载与输送。近几年，我们课题组另辟蹊径，发展了一系列基于聚合物纳米粒子制备的分子印迹传感器([CN 101776635 A]，[CN 105241928 A])，在较宽范围实现了对模板分子的低浓度检测，由此验证了小尺寸聚合物纳米粒子在传感涂层领域的优势特性。然而，这些传感涂层的制备方法的主要集中在
电沉积独立的分子识别聚合物纳米粒子上，因此其在实际生产中有一定局限性。在前期研究
基础上，我们在保证传感器的检测功能性基础上，也更着重从传感涂层的制备可控性与结构
稳定性来构筑综合性能更为稳定的
传感器系统。目前，通过一步电泳共沉积将负载分子识别基元的聚合物纳米粒子与无机纳米导电基元修饰在电极表面制备复合传感涂层，并将其用于构造生物传感器的方法尚未见报道。
发明内容
[0005] 针对
现有技术存在的上述问题，本发明旨在提供一种基于电泳沉积技术将载有分子识别基元的聚合物纳米粒子与无机导电纳米粒子一步共沉积在传感器电极表面制备复合传感涂层并将其用于构建生物传感器的方法。本发明中以聚合物纳米粒子为载体固定分子识别基元，能有效提高分子识别基元的固定量；此外，聚合物基质材料能为分子识别基元提供优异的微环境，从而能长期保持分子识别基元的活性。而通过一步共沉积法将负载分子识别基元的聚合物纳米粒子与无机导电纳米粒子沉积在电极表面，可以通过调节无机导电纳米粒子的含量对传感涂层的
导电性能进行优化调控。所制备的复合传感涂层能结合聚合物纳米粒子的“软”与无机导电
纳米材料的“硬”，从而能有效提高涂层的物理机械稳定性，传感涂层用于构建传感器具有灵敏度高、长期稳定性好等优点。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] 一种基于电泳共沉积制备复合传感涂层的方法，负载分子识别基元聚合物纳米粒子的制备、混合沉积液的制备、复合传感涂层的制备的具体步骤如下：
[0008] (1)负载分子识别基元聚合物纳米粒子的制备
[0009] 将离子型聚合物溶于良
溶剂，得到离子型聚合物溶液；随后将分子识别基元
水溶液逐滴加入到离子型聚合物溶液中，搅拌2～48h使聚合物与分子识别基元组装完全；接着将所得溶液转入
透析袋隔水透析以除去良溶剂与未负载的分子识别基元，即得负载分子识别基元聚合物纳米粒子溶液。
[0010] 所述离子型聚合物为含有独立的羧基、羟基、
氨基基团中一种或多种的聚合物；所述良溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、二
氧六环、四氢呋喃、乙腈中的一种或多种的混合溶剂；所述分子识别基元为酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸中的一种；所述分子识别基元负载在聚合物纳米粒子的内部或表面；
[0011] (2)混合沉积液的制备
[0012] 配制一定浓度的负载分子识别基元聚合物纳米粒子溶液，调节pH使其带电荷，向其中加入质量分数为0.1％～10％的无机导电纳米材料，搅拌使聚合物纳米粒子与无机导电纳米材料混合均匀，得到混合沉积液静置备用；
[0013] 所述负载分子识别基元聚合物纳米粒子溶液的中负载分子识别基元聚合物纳米粒子浓度为0.05mg/mL～10mg/mL；所述无机导电纳米材料为
银纳米粒子、金纳米粒子、铂纳米粒子、氧化
石墨烯、
碳纳米管、碳
纳米纤维中的一种；所述无机导电纳米材料的添加量为质量分数0.01％～1.0％；所述混合沉积液中无机导电纳米材料的表面带电性质与聚合物纳米粒子的表面带电性质一致，以防止组分絮凝沉降；
[0014] (3)复合传感涂层的制备
[0015] 将传感器电极浸没在步骤(2)所述混合沉积液中，利用电沉积技术施加恒电位
电压，使负载分子识别基元的自组装纳米粒子与无机纳米导电材料共同沉积在电极表面，形成有机-无机复合膜，室温自然干燥，制得复合传感涂层；
[0016] 所述传感器电极为金电极、铂电极、玻碳电极、ITO电极、丝网印刷电极中的一种；所述电极在使用前需经预处理，预处理的方法为：依次用
甲苯、丙
酮、
乙醇、去离子水中的一种或多种溶液超声处理5min清洗电极表面，氮气吹干；所述电沉积条件为沉积电压0.5V～
10V，沉积时间为2min～10min。
[0017] 本发明有益的技术效果在于：
[0018] 1、本发明采用聚合物纳米粒子为载体负载分子识别基元，聚合物结构可设计性强，可以通过合理的结构实现对分子识别基元的有效保护，从而保持分子识别基元的长期活性；此外，聚合物纳米粒子具有纳米尺寸，其大的比表面积能提高分子识别基元的负载量，从而提高传感涂层的分子识别能
力。
[0019] 2、本发明采用小尺寸的聚合物纳米粒子与无机导电纳米材料为沉积液，在
电场作用下，定向泳动的聚合物纳米粒子会产生
牵引力能使得表面电荷量不高的无机导电纳米材料同时沉积在电极基材表面，而且无机导电材料的添加量易于控制，从而可以简化涂层制备方式，大大提高涂层的制备效率，易于实现工业化大批量生产。
[0020] 3、本发明制备的复合传感涂层能结合聚合物的“软”与无机导电纳米材料的“硬”性，从而使得制备的复合传感涂层具有类似“砖-泥”复合结构，因此所制备的复合传感涂层的物理机械稳定性好，从而使得该复合涂层在实际应用中具有较长的使用寿命。
[0021] 4、本发明将自组装技术、功能复合涂层制备技术、电化学传感技术与电泳沉积技术结合可根据实际需要构建多样化电化学复合传感涂层，进而用于构建新型的化学传感器，有望广泛应用于食品安全、生物医药及环保监测等领域，具有广泛的实际应用价值。
附图说明
[0022] 图1：本发明的电泳共沉积制备复合传感涂层方法示意图；
[0023] 图2：本发明
实施例1中负载HRP聚合物纳米粒子的透射电镜图；
[0024] 图3：本发明实施例1中制得复合传感涂层的SEM图；
[0025] 图4：本发明实施例1中制得的生物传感器对双氧水的计时
电流响应图；
具体实施方式
[0026] 下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。应当理解，以下实施例仅为本发明的优选实施例，以便更好地理解本发明，因而不应视为限定本发明的范围。在本发明的精神和
权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何
修改和改变，都落入本发明的保护范围内。
[0027] 实施例1
[0028] 一种基于电泳共沉积制备复合传感涂层的方法，包括如下具体步骤：
[0029] (1)负载分子识别基元聚合物纳米粒子的制备
[0030] 将离子型聚合物香豆素改性的γ-聚谷氨酸溶于良溶剂二甲亚砜，得到香豆素改性的γ-聚谷氨酸聚合物溶液；随后将分子识别基元辣根过氧化物酶(HRP)水溶液逐滴加入到离子型聚合物溶液中，搅拌12h使聚合物与分子识别基元组装完全；接着将所得溶液转入透析袋隔水透析以除去良溶剂与未负载的分子识别基元，即得负载分子识别基元HRP聚合物纳米粒子溶液；如图是负载HRP聚合物纳米粒子的TEM图，由图可以看出，所得纳米粒子为球形结构，其粒径为100nm～200nm；
[0031] (2)混合沉积液的制备
[0032] 配制0.5mg/mL的负载分子识别基元聚合物纳米粒子溶液，向其中加入质量分数为0.5％的银纳米粒子溶液，搅拌使聚合物纳米粒子与银纳米粒子混合均匀，得到混合沉积液静置备用；
[0033] (3)复合传感涂层的制备
[0034] 将玻碳电极分别用乙醇、去离子水超声清洗5min,随后将电极浸没在步骤(2)所述混合沉积液中，利用电沉积技术施加恒电位电压1.5V，沉积时间为3min，使负载分子识别基元的自组装纳米粒子与无机纳米银共同沉积在电极表面，形成有机-无机复合膜，室温自然干燥，制得复合传感涂层；图3为复合传感涂层的SEM图，由图可以看出，通过一步电泳共沉积在电极表面形成了纳米银分散均匀、表面平整的复合涂层。将该复合传感涂层用于构建过氧化氢传感器用于检测过氧化氢，由图4可以发现，随着过氧化氢含量的增加，响应电流值随之线性增加，由此证明该复合传感涂层可以成功用于构建生物传感器。
[0035] 实施例2
[0036] 一种基于电泳共沉积制备复合传感涂层的方法，包括如下具体步骤：
[0037] (1)负载分子识别基元聚合物纳米粒子的制备
[0038] 将离子型聚合物溶于良溶剂N，N-二甲基甲酰胺，得到聚(
丙烯酸-co-甲基丙烯酸异辛酯-co-乙烯基咔唑)聚合物溶液；随后将分子识别基元乳酸
氧化酶(LOD)水溶液逐滴加入到聚合物溶液中，搅拌2h使聚合物与分子识别基元组装完全；接着将所得溶液转入透析袋隔水透析以除去N，N-二甲基甲酰胺与未负载的LOD，即得负载分子识别基元LOD的聚合物纳米粒子溶液；
[0039] (2)混合沉积液的制备
[0040] 配制0.2mg/mL的负载LOD的聚合物纳米粒子溶液，向其中加入质量分数为0.05％的氧化
石墨烯(GO)分散液，搅拌使聚合物纳米粒子与GO混合均匀，得到混合沉积液静置备用；
[0041] (3)复合传感涂层的制备
[0042] 将金电极分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗5min,随后将电极浸没在步骤(2)所述混合沉积液中，利用电沉积技术施加恒电位电压3.0V，沉积时间为5min，使负载分子识别基元的自组装纳米粒子与无机GO材料共同沉积在电极表面，形成有机-无机复合膜，室温自然干燥，制得复合传感涂层。
[0043] 实施例3
[0044] 一种基于电泳共沉积制备复合传感涂层的方法，包括如下具体步骤：
[0045] (1)负载分子识别基元聚合物纳米粒子的制备
[0046] 将离子型聚合物甲基丙烯酸羟乙酯改性的γ-聚谷氨酸溶于良溶剂二甲亚砜，得到甲基丙烯酸羟乙酯改性的γ-聚谷氨酸聚合物溶液；随后将分子识别基元
葡萄糖氧化酶(GOx)水溶液逐滴加入到聚合物溶液中，搅拌24h使聚合物与分子识别基元组装完全；接着将所得溶液转入透析袋隔水透析以除去二甲亚砜与未负载的GOx，即得负载分子识别基元GOx的聚合物纳米粒子溶液；
[0047] (2)混合沉积液的制备
[0048] 配制1.0mg/mL的负载GOx的聚合物纳米粒子溶液，向其中加入质量分数为0.02％的改性
碳纳米管分散液，搅拌使聚合物纳米粒子与改性碳纳米管混合均匀，得到混合沉积液静置备用；
[0049] (3)复合传感涂层的制备
[0050] 将ITO电极分别用甲苯、丙酮、乙醇、去离子水超声清洗5min,随后将电极浸没在步骤(2)所述混合沉积液中，利用电沉积技术施加恒电位电压5.0V，沉积时间为4min，使负载分子识别基元的自组装纳米粒子与改性碳纳米管材料共同沉积在电极表面，形成有机-无机复合膜，室温自然干燥，制得复合传感涂层。
