鐵蛋白誘導仿生合成石墨烯/金-銀納米雜化材料的方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種石墨烯/金-銀納米雜化材料的制備方法，具體的說是一種利用鐵蛋白誘導仿生合成具有電化學活性的石墨烯/金-銀納米雜化材料的方法，本發明還涉及上述材料在制備非酶安培H2O2傳感器上的應用。
技術背景
[0002]貴金屬納米粒子由于其獨特的物理和化學性質，在材料科學、納米技術和生物醫學工程等領域起著非常重要的作用。例如，金和銀納米粒子在光譜的可見光區域具有非常好的表面等離子共振性質，可以用來構造生物傳感器和光學納米器件。金、銀、鉑和鈀納米粒子具有非常好的電催化活性。近年來，由兩種貴金屬元素構成的雙金屬納米粒子吸引了眾多的研究興趣，歸因于其在許多領域的潛在應用，包括化學和光學傳感器、燃料電池、催化劑和生物醫學成像等。眾所周知，雙貴金屬納米粒子的性質通常勝過任何單個元素的性質，并因為兩種金屬的協同效應顯示出一些有趣、有用的性質。通過改變成分、尺寸與合成的雙金屬納米粒子的形狀，可有效地調節其相應的物理、化學和電化學行為。
[0003]雙貴金屬納米粒子的可控合成是非常復雜的，以前的許多方法，例如固態冶金融化，濕化學還原，微波輻射和電化學沉積等被發展用來合成鈀-鉑、金-銀、金-鈀、銀-鈀、鈷-鉑和其它雙貴金屬納米粒子。相對于其它方法，濕化學方法是最強大和通用的，因為通過調節參數例如反應物濃度、摩爾比、溫度和反應周期，可以容易控制雙金屬納米粒子的合成。仿生合成也是一種有潛力的合成均一尺寸的雙金屬納米粒子的有效途徑。一些生物分子，例如氨基酸、肽、蛋白質和病毒被用來誘導仿生合成無機納米粒子。鐵蛋白是一種球形的核殼狀蛋白質(整個尺寸為12 nm，帶有一個6 nm的籠)。據報道許多雙金屬納米粒子，例如金-鈀、鈷-鉑和鐵-鉑納米粒子在鐵蛋白分子的核中控制仿生合成。由于雙金屬金-銀納米粒子的光學性質、對H2O2和其它小分子的電催化活性，其合成是非常重要的。石墨烯納米片被廣泛用做理想的催化劑支撐材料，因為其具有巨大的比表面積和能促進電子轉移反應的能力。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種采用鐵蛋白誘導仿生合成石墨烯/金-銀納米雜化材料的方法，利用該材料制備高靈敏性的H2O2生物傳感器。先將一種球狀蛋白-鐵蛋白分子鍵合到石墨烯上，形成石墨烯/鐵蛋白雜化物，接著以石墨烯/鐵蛋白雜化物為模板合成石墨稀/金-銀納米雜化材料。利用獲得的石墨稀/金-銀納米雜化材料修飾玻碳電極，構建檢測H2O2的傳感器。相對于石墨稀/金納米雜化材料、石墨稀/銀納米雜化材料，用石墨烯/金-銀納米雜化材料制備的生物傳感器對H2O2顯示出更高的電催化活性，檢出限為2.0X10 6 M0
[0005]本發明的目的是這樣實現的，該方法是先將鐵蛋白分子鍵合到石墨烯上形成石墨烯/鐵蛋白雜化物，接著以石墨烯/鐵蛋白雜化物為模板合成石墨烯/金-銀納米雜化材料。利用獲得的石墨烯/金-銀納米雜化材料構建檢測H2O2的生物傳感器，具體步驟如下:
①、還原石墨稀溶液的制備:采用修改過的Hummers方法(V.C.Tung, L.M.Chen,M.J.Allen, et al.Nano Lett 2009, 9, 1949)制備氧化石墨稀，即先從天然石墨粉末制備氧化石墨，取10 mg氧化石墨在50 mL超純水中超聲2小時，制備0.2 mg -mL 1氧化石墨稀水溶液，再利用葡萄糖化學還原方法(Z.Wang, X.Zhou, J.Zhang, et al.J.Phys.Chem.C 2009, 113，14071)將氧化石墨烯溶液轉化成還原石墨烯溶液；
②、取步驟①制備的還原石墨稀溶液10mL，15000轉離心10分鐘，將得到的固體利用超聲方法分散在10 mL 二甲基甲酰胺中，然后加入0.0385 g 1-芘丁酸-N-羥基琥珀酰亞胺酯(PNHS)，攪拌24小時，制備PNHS修飾的石墨烯溶液；
③、取步驟②制備的PNHS修飾的石墨烯溶液2mL,離心除去剩余的PNHS，將得到的固體用2 mL 二甲基甲酰胺溶解，然后加入2 mL 20 y g.mL1鐵蛋白的二甲基甲酰胺溶液，攪拌2小時后，再離心除去多余的鐵蛋白，將得到的固體用2 mL超純水溶解，制得石墨烯/鐵蛋白雜化物溶液；
④、取步驟③中制得的石墨烯/鐵蛋白雜化物溶液，用稀鹽酸溶液調節溶液的PH值為2，除去鐵蛋白分子中的水合鐵氧化物，然后加入I mL 20 mmol.L 1AgNO3溶液和I mL 20mmol -L 1HAuCl4溶液，攪拌20分鐘，離心得到固體后，用2 mL超純水溶解，接著加入新制備的1% (m/m) NaBH4溶液，最終得到水溶性的石墨稀/金-銀納米雜化材料。
[0006]本發明具有以下優點和積極效果:
(I)、本發明提供一種新穎的技術，采用鐵蛋白誘導仿生合成具有電化學活性的石墨烯/金-銀納米雜化材料，利用獲得的石墨稀/金-銀納米雜化材料修飾玻碳電極，構建具有高探測性能的H2O2生物傳感器。相對于石墨稀/金納米雜化材料、石墨稀/銀納米雜化材料，用石墨烯/金-銀納米雜化材料制備的生物傳感器對H2O2顯示出更高的電催化活性，檢出限為2.0X10 6 Mo
[0007](2)、本發明與現有技術相比較，在合成尺寸和形狀可控的金-銀納米粒子方面具有明顯的優勢。第一，合成過程綠色、無毒，環境友好，利用制得的石墨烯/金-銀納米雜化材料修飾玻碳電極構建的H2O2生物傳感器，具有高的探測靈敏度、高的選擇性、好的重現性和穩定性；第二，金-銀納米粒子的形成是在鐵蛋白的籠中，因而獲得的納米粒子的尺寸和形狀是均勻的；第三，鐵蛋白分子提供許多表面活性的_順2和-C00H，可以很容易地被許多功能材料修飾和連接，例如石墨烯和碳納米管。
【附圖說明】
[0008]圖1 a是本發明石墨烯/金-銀納米雜化材料的透射電子顯微鏡圖像，(b)是圖a中部分再放大的透射電子顯微鏡圖像，圖(b)中的插圖是金-銀納米粒子的高分辨圖像。
[0009]圖2是本發明石墨烯/金-銀納米雜化材料的能量色散譜圖。
[0010]圖3是本發明石墨烯/金-銀納米雜化材料的X射線光電子能譜圖。
[0011]圖4是本發明石墨稀/金、石墨稀/銀和石墨稀/金-銀納米雜化材料修飾的玻碳電極在含有2.0 mM H2O2的0.1 M PBS (pH 7.4)中的循環伏安曲線。
[0012]圖5是本發明石墨烯/金-銀納米雜化材料修飾的玻碳電極在含有0、1.0、2.0、3.0和4.0 mM H2O2的0.1 M PBS (pH 7.4)中的循環伏安曲線，掃描速率是50 mV.s 1O
[0013]圖6是本發明石墨稀/金-銀納米雜化材料修飾的玻碳電極在0.1 M PBS (pH7.4)中連續加入不同量H2O2的1-1響應曲線，應用電壓為-0.45 V0插圖是1-1曲線前段
0-800 s的部分。
[0014]圖7是本發明石墨稀/金-銀納米雜化材料修飾的玻碳電極的穩定電流與H2O2濃度的標準曲線。
【具體實施方式】
[0015]采用鐵蛋白誘導仿生合成具有電化學活性的石墨烯/金-銀納米雜化材料的步驟包括:
①、還原石墨稀溶液的制備:采用修改過的Hummers方法(V.C.Tung, L.M.Chen,M.J.Allen, et al.Nano Lett 2009, 9, 1949)制備氧化石墨稀，即先從天然石墨粉末制備氧化石墨，取10 mg氧化石墨在50 mL超純水中超聲2小時，制備0.2 mg -mL 1氧化石墨稀水溶液，再利用葡萄糖化學還原方法(Z.Wang, X.Zhou, J.Zhang, et al.J.Phys.Chem.C 2009, 113，14071 )，將氧化石墨烯溶液轉化成還原石墨烯溶液；
②、取步驟①制備的還原石墨稀溶液10mL, 15000轉離心10分鐘，將得到的固體利用超聲方法分散在10 mL 二甲基甲酰胺中，然后加入0.0385 g 1-芘丁酸-N-羥基琥珀酰亞胺酯(PNHS)，攪拌24小時，制備PNHS修飾的石墨