葡萄糖氧化酶在石墨烯納米氧化鋅修飾玻碳電極上的直接電化學及對葡萄糖的生物傳感

摘要：采用滴涂法和電沉積法制備了石墨烯納米氧化鋅復合膜修飾玻碳電極，再將葡萄糖氧化酶固定在修飾電極表面制成了電化學生物傳感器，用于葡萄糖的靈敏測定。用循環伏安法在范圍內研究了葡萄糖氧化酶在修飾電極上的直接電化學行為。結果表明，石墨烯納米氧化鋅復合膜能很好地保持葡萄糖氧化酶的生物活性，并顯著促進了其電化學過程。在1molL磷酸鹽緩沖溶液（p7）中，固定在修飾電極上的葡萄糖氧化酶呈現出一對近乎可逆的氧化還原峰，并且對葡萄糖的氧化具有良好的催化作用。葡萄糖氧化酶在修飾電極上的電子轉移常數

此修飾電極具有良好的導電性能、穩定性和重現性，可用于實際樣品的分析測定。

關鍵詞：石墨烯；氧化鋅；葡萄糖氧化酶；直接電化學；生物傳感器

1引言

葡萄糖是生命體的重要物質，其在體液中的含量是反映身體狀況的重要指標。尤其是對于糖尿病患者，其血糖濃度的測定是控制病情的重要手段，因此準確、快速地測定血中葡萄糖的含量極為重要。目前，測定葡萄糖的方法主要有分光光度法、電化學法、高效液相色譜法及毛細管電泳法等，這些方法大多數分析速度較慢或成本較高。電化學傳感器具有靈敏度高、響應時間短、線性范圍寬、成本低等優點。近年來，電化學葡萄糖生物傳感器已成為研究熱點之一。

目前，葡萄糖傳感器多采用在電極表面修飾葡萄糖氧化酶GO，以獲得高靈敏度和高選擇性的電極響應。將GO固定在具有生物相容性的電極表面可發生一個相當快的電子傳遞反應，利用直接電子傳遞性質制得的生物傳感器不需要向分析液中添加電子傳遞媒介體而對底物分子進行電化學測定。然而，GO與裸露的電極表面直接接觸通常會引起蛋白質的結構與功能發生變化，并失去生物活性，使蛋白質在電極上的電子傳遞受到抑制；而且蛋白質的電活性中心被包埋在雙螺旋結構中，不能接近電極表面，因此難以實現蛋白質與電極間的直接電子傳遞。

石墨烯是由一薄層包裹在蜂巢晶體點陣上的碳原子組成，其厚度僅為nm，近年來廣受研究者的關注。石墨烯的特殊結構使它具有好的導電性能、機械性能，大的比表面積、合成方法簡單、原料價格低以及易于修飾等優點，目前已在化學、電子、信息、能源、材料和生物醫藥等領域得到廣泛應用。納米氧化鋅是一種寬帶隙半導體，被廣泛應用于太陽能電池、場發射顯示器、傳感器以及變阻器等領。本研究將石墨烯和納米氧化鋅結合起來，制備了GO納米氧化鋅石墨烯修飾玻碳電極GE，利用該電極研究了GO的直接電化學，并將傳感器應用于葡萄糖的靈敏測定。實驗結果表明，此方法具有較高的靈敏度和較寬的線性范圍，傳感器制備方法簡單，重現性好。2實驗部分

21儀器與試劑

I66A電化學工作站（上海辰華儀器公司），三電極體系：石墨烯納米氧化鋅復合膜修飾玻碳電極為工作電極（d=mm），飽和甘汞電極（E）為參比電極，鉑絲電極為對電極。p型酸度計（上海精科儀器公司）；82數顯恒溫磁力攪拌器（金壇市雙捷實驗儀器廠）；KQ22型超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）。

石墨粉、肼（上海試劑廠）；葡萄糖氧化酶（上海晶純試劑有限公司）；磷酸鹽緩沖溶液P用1molLNa2PO和Na2PO混合溶液配制，然后用NaO及PO調節至所需p值。其它試劑均為分析純，所用水均為二次蒸餾水。

22修飾電極的制備

石墨烯的合成參照文獻：在冰浴條件下，g石墨粉緩慢加到濃2O87mL和濃NOmL的混合溶液中，然后緩慢加入gKlO到上述混合物中，在室溫下攪拌8h。將混合物過濾得到氧化石墨。在8℃下干燥后，g氧化石墨在mL二次水中進行超聲剝離，然后在8℃干燥后即可獲得GO。GO在8℃下于用肼還原。產物過濾后，分別用水和乙醇進行洗滌，真空干燥即可得到石墨烯Gr，其掃描電鏡圖如圖1a所示。由圖1可見，石墨烯呈透明的片層結構。