专利名称：微乳液法制备聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子用于电化学分析的制作方法
技术领域：
本发明涉及纳米材料制备和应用，尤其涉及微乳液法制备聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子, 并以此修饰电极用于电化学分析。(二) 背景技术H202的分析检测非常重要。食品、服装、造纸、印染等行业大量使用H202,残留在产品 中或者排放到环境中影响人体健康。另外，体内过氧化物含量与人体许多疾病相关。研究发现普鲁士蓝的还原形式，也就是普鲁士白，能够催化02与H202的电化学还原，而且普鲁士蓝的氧化形式能催化H202的氧化。研究认为普鲁士蓝的立体结构能够容纳小分子的02与H202，并受到四个两价铁的催化作用。在90年代以及其后的生物传感器研究热潮中，普鲁士 蓝引起了人们的注意。特别是氧化还原酶一直是生物传感器研究的主要内容，以葡萄糖生物 传感器为例葡萄糖氧化酶催化葡萄糖与02生成葡萄糖酸与&02，起初通过检测02在电极表面的还原电流或H202在电极表面的氧化电流来检测葡萄糖含量，但前者受制于样本中的氧含量，后者由于检测电位较高常常受到抗坏血酸等物质的干扰。普鲁士蓝能够催化过氧化氢的 还原，从而能够在较低电位下检测，避免可能的干扰。此后，有关普鲁士蓝在葡萄糖、胆碱、 胆固醇、乙醇等生物传感器中的应用日益增多，采用酶标技术，普鲁士蓝也可以应用到免疫 或亲和生物传感器中。然而，普鲁士蓝的稳定性却限制了它的实际应用。普鲁士蓝在强酸中溶解，在强碱中分 解。有研究表明在中性溶液中，循环扫描数圏后普鲁士蓝膜遭到破坏，而在碱性溶液中情况 更糟，原因可能是在pH大于6.4的情况下形成了 Fe(OH)3,从而导致Fe-CN-Fe健的破坏， 这种泄漏使得信号降低，影响普鲁士蓝修饰电极或相应生物传感器的实际应用。纳米材料或技术，具有独特的效应和作用，成为近年研究的热点。在分析应用中，纳米 金颗粒、纳米银颗粒、纳米碳管、导电聚合物纳米颗粒或纳米线等各种纳米材料或结构成为 研究的热点。然而，纳米粉体的团聚现象一直以来是纳米材料技术的难题，普鲁士蓝纳米粒 子的团聚同样严重影响其分析结果的灵敏度。因此，获得稳定而分散良好的普鲁士蓝及其纳米结构对于修饰电极或生物传感器稳定性 具有重要的意义。参考文献Ravindran S., Singh K. V., Senthil Andavan G. T.， Ozkan M.， Gao Y" Hu E.， Ozkan Cengiz S.， no-patterned liquid 714Yuqing Miao, Jianrong Chen, Xiaohua Wu, Keming Fang, Aiping Jia, Jiwei Liu Immobilization of Prussian Bluenanoparticles onto thiol SAM modified Au electrodes for electroanalytical or biosensor applications. Journalof Nanoscience and Nanotechnology ， 2007 ， 7 (10), 1-6 Ricci F., Palleschi G" Sensor and biosensor preparation, optimisation and applications of Prussian Blue modifiedelectrodes, Biosensors and Bioelectronics 2005, 21， 389 Yuqing Miao, Jianrong Chen, Xiaohua Wu and Jigen Miao， Preparation and characterization of hybridplatinum/Prussian blue nanoparticles. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects2007， 295 (1-3) 135-138Xian Yuezhong, Zhou Yuyan, Xian Yang, Zhou Lihui, Wang Haiting， Jin Litong, Preparation ofpoly(vinylpyrrolidone)-protected Prussian blue nanoparticles-modified electrode and its electrocatalyticreduction for hemoglobin, Analytics Chimica Acta 546 (2005) 139 Luo Haiqing, Prussian blue nanowires fabricated by electrodeposition in porous anodic aluminum oxide, Journalof The Electrochemical Society 2004, 151(9), C567 Jaiswal A.， Colins J" Agricole B.， Delhaes P., Ravaine S.， Layer-by-layer self-assembly of Prussian blue colloids,Journal of Colloid and Interface Science 2003， 261, 330 Liu Shou-Qing Xu Jing-Juan， Chen Hong-Yuan, Electrochemical behavior of nanosized Prussian blueself-assembled on Au electrode surface, Electrochemistry Communications 2002， 4， 421 吴霞琴，郭晓明，王荣,章宗穰，普鲁士蓝修饰铂盘电极的胆固醇传感器的研制，分析化学，2001， 29(11)，1273Karyakin A. A.， Prussian Blue and its analogues: electrochemistry and analytical applications, Electroanalysis 2001, 13(10), 813
发明内容l发明目的本发明的目的在于克服普鲁士蓝稳定性差以及其纳米粒子容易团聚的缺点，提供一种聚吡 咯包裹的普鲁士蓝纳米粒子制备方法及其在电分析和生物传感领域的应用。2技术方案本发明包括如下部分聚吡唂包裹普鲁士蓝纳米粒子的制备在油/表面活性剂/水的微乳液体系中加入一定量的 FeCl3溶液，剧烈搅拌使完全分散；然后加入吡咯单体，使之反应生成聚吡咯和FeCl2;反应 一段时间后加入K4FeCN6溶液，继续搅拌2 12小时，使之反应完全，依次用乙醇、水反复 离心洗涤除去杂质，最后用水分散得封聚吡咯包裹的普鲁士蓝纳米粒子的胶体溶液。不同尺 寸的纳米粒子制备通过控制水/表面活性剂的摩尔比实现。聚吡洛包裹普鲁士蓝纳米粒子在贵金属电极表面的组装首先把铂或金等贵金属电极浸入 到半胱氨酸水溶液中组装2 24小时，用水冲洗并干燥；将聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子的胶 体溶液滴加到电极表面，2-24小时后用水冲洗。制得的修饰电极可用于溶液中&02的电化学 检测。聚吡唂包裹普鲁士蓝纳米粒子修饰电极用于生物传感器的制备在上述聚吡咯包裹普鲁士 蓝纳米粒子修饰电极的表面滴加氧化酶和戊二醛混合液，干后用水冲洗，制得的生物传感器 可用于酶相应底物的检测。3.有益效果采用扫描电镜表怔能够清楚的观察到粒径小于100纳米的聚吡唂包裹普鲁士蓝纳米粒子。 而且粒径可以通过调整水和表面活性剂的摩尔比来控制。在0.1MKC1溶液中，用电化学循环 伏安法研究聚吡唂包裹普鲁士蓝纳米粒子修饰电极，能够观察到普鲁士蓝典型的氧化还原峰。加入H2Cb，还原电流增大，说明固定的聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子能够催化的H202还原。在pH6的磷酸盐缓冲液中扫描100圈，氧化还原信号几乎没有变化，说明制备的聚吡唂包裹 普鲁士蓝纳米粒子非常稳定。采用恒电位法测量，聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子修饰电极对 H202响应的线性范围0.99 ^M 8.26 mM。相似地，聚吡唂包裹普鲁士蓝纳米粒子修饰电极 制备的葡萄糖生物传感器对加入的葡萄糖有响应，线性范围99 pM 0.566 mM具体实施方式
实施例1:聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子的制备在2ml异辛烷中配制0.5M琥珀酸二辛酯磺酸钠， 加0.09ml水控制最终水/表面活性剂的摩尔比为12.22，撹拌至澄清；滴加含1 MKC1和0.1 M HC1的水溶液0.05ml，搅拌至澄清；滴加0.04 ml 0.1 M FeCL3，搅拌至澄清；滴加100 pl吡 咯单体搅拌反应两小时；滴加0.04m10.1 MK4Fe(CN)6搅拌过夜；依次用乙醇、水反复离心 洗涤除去杂质，最后用水分散得到聚吡咯包裹的普鲁士蓝纳米粒子的胶体溶液。实施例2:聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子修饰金电极的制备并用于H202的电化学检测首先5 mm 直径的金圆盘电极浸入到2mM半胱氨酸水溶液中组装24小时，用水冲洗并干燥；将实施例 1中聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子的胶体溶液滴加到电极表面，24小时后用水冲洗。将聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子修饰金电极与Ag/AgCl参比电极、铂丝对电极一同置入pH 6的磷酸盐缓冲液中，在电化学工作站上采用循环伏安法或恒电位法测量修饰电极对H202的 电化学响应。实施例3:聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子修饰金电极用于葡萄糖生物传感器的制备并用于葡萄糖的 检测在实施例2所述聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子修饰金电极的表面滴加1 pl 10mg/ml葡 萄糖氧化酶和11%戊二醛混合水溶液，干后用水冲洗。将制得的葡萄糖生物传感器与Ag/AgCl参比电极、铂丝对电极一同置入pH 6的磷酸盐缓 冲液中，在电化学工作站上采用循环伏安法或恒电位法测量修饰电极对葡萄糖的电化学响应。
权利要求
1.聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子，其特征是粒径小于100nm，成份同时包含聚吡咯和普鲁士蓝。
2. 如权利要求1所述的聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子的制备方法，其特征是采用油/表面活 性剂/水微乳液体系制备。
3. 如权利要求1所述的聚吡唂包裹普鲁士蓝纳米粒子修饰电极的制备，其特征是将聚吡咯包 裹普鲁士蓝纳米粒子固定到电极材料的表面。
4. 如权利要求3所述的聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子修饰电极的应用，其特征是用于H202 以及其他物质的电化学检测。
5. 如权利要求3所述的聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子修饰电极用于生物传感器的制备方法， 其特征是将酶分子进一步固定到聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子修饰电极的表面，实现酶相 应底物的电化学检测。
全文摘要
本发明涉及纳米材料制备和应用，尤其涉及微乳液法制备聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子，并以此修饰电极用于电化学分析。本发明的目的在于克服普鲁士蓝稳定性差以及其纳米粒子容易团聚的缺点。包括微乳液法制备聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子；通过半胱氨酸修饰贵金属电极表面实现聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子的固定；制备的聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子修饰电极能够用于H₂O₂的检测，稳定性好，灵敏度高；在聚吡咯包裹普鲁士蓝纳米粒子修饰电极的表面进一步固定氧化还原酶可以制备酶生物传感器，实现酶相应底物的检测分析。
文档编号G01N27/30GK101315344SQ20071011173
公开日2008年12月3日 申请日期2007年6月2日 优先权日2007年6月2日
发明者刘继伟, 缪煜清, 邱静霞, 陈建荣 申请人:浙江师范大学