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CN107764879B - 一种嵌渗泡沫镍胆碱酯酶电极及其应用 - Google Patents

一种嵌渗泡沫镍胆碱酯酶电极及其应用 Download PDF

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CN107764879B CN201710777043.4A CN201710777043A CN107764879B CN 107764879 B CN107764879 B CN 107764879B CN 201710777043 A CN201710777043 A CN 201710777043A CN 107764879 B CN107764879 B CN 107764879B
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Abstract

本发明公开了一种以嵌渗方式填充了石墨的泡沫镍为载体的胆碱酯酶电极，所述电极包括泡沫镍/石墨载体层和乙酰胆碱酯酶工作层，乙酰胆碱酯酶电极的制备包括如下步骤：1)将石墨和微量粘结剂水溶液混合后以嵌渗方式填充到泡沫镍板中，刮去浮粉后压成片状，得到泡沫镍/石墨载体层；2)在泡沫镍/石墨载体层上制备乙酰胆碱酯酶工作层，得到以泡沫镍/石墨为载体的乙酰胆碱酯酶电极。与现有技术相比，本发明有益效果为：①不使用有机溶剂，环保；无需对泡沫镍板进行预清洗，也无需对泡沫镍/石墨载体烘干，节能；②具有电导率高、比表面积大，响应速度快、稳定性好、检测灵敏度高等特点，可实现对有机磷和氨基甲酸酯类农药分子的高灵敏度检测。

Description

一种嵌渗泡沫镍胆碱酯酶电极及其应用
技术领域
本发明涉及的是电化学生物传感器领域，具体涉及一种以嵌渗方式填充了石墨的泡沫镍为载体的乙酰胆碱酯酶电极及其在有机磷和氨基甲酸酯类农药检测方面的应用。
背景技术
电化学生物传感器具有高的选择性和灵敏度，能快速响应，并且操作简单，适合农药的现场检测，其研究越来越受到人们的重视。
泡沫镍是一种用于制备电化学传感器电极的理想材料。泡沫镍具有导电性能优良，比表面积大和多孔结构，易于实现表面修饰等特点，广泛应用在电池电极材料、电化学超级电容器、催化剂载体、电化学电极材料方面。中国专利ZL 201310042627.9(谢德明，刘勇，薛永亮，杨艳苹.以泡沫镍为载体的胆碱酯酶电极及应用)公开了一种以泡沫镍/石墨为载体的胆碱酯酶电极，但其在泡沫镍/石墨载体的制备中使用的是油性粘结剂，因而存在以下问题：(1)使用有机溶剂，不环保；(2)传统的电极结构和制造方法是骨架使用发泡镍，导电物质或活性物质加粘结剂调成浆，填入骨架，再烘干压制成电极。此种技术存在的问题是浆料中不得不含有粘结剂使导电物质或活性物质的占有率降低，直接降低增大内阻、减慢反应速度和吸收电解液的速度。填浆工艺决定了必需烘干，能耗很大。(3)为了确保泡沫镍的导电性，有时还要对泡沫镍板进行清洗、干燥处理。针对拉浆式泡沫镍电极存在的问题，本发明电极几乎为干式制造，排除填浆工艺，没有烘干过程，从而避免所有由烘干带来的弊病。而且由于没有烘干工序对泡沫镍的氧化，所以无需拉浆前对泡沫镍板进行清洗、干燥处理。
王纪三(充电电池的电极和电极制造方法及其设备.CN1220498A.1999.06.23)在充电电池，特别是镍镉及镍氢电池的电极用铜、铜合金、镍质切拉网或镍、镀镍多孔骨架配合干粉活性物质充填后压制的工艺，使做成的电池性能一致性及均匀性好，容量大，生产能耗小，成本低。干粉填充技术至今未见有在检测农药用胆碱酯酶电极上的应用。另外，本申请并非完全的干粉填充，而是加入了微量粘结剂溶液。
有机磷和氨基甲酸酯类农药对乙酰胆碱酯酶催化水解胆碱的正常功能有抑制作用，其抑制率与农药的浓度呈正相关。检测胆碱氧化电流并按下式计算乙酰胆碱酯酶的百分抑制率。
A＝(I0-I)/I0×100％
式中:A指酶的百分抑制率，I0指未被有机磷或氨基甲酸酯农药抑制的酶电极稳定响应电流(空白电流)，I指被有机磷抑制后酶电极的稳态响应电流。
理论上的检测下限可以定义为10％时的抑制率(I10％)所对应的抑制剂浓度。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种以嵌渗方式填充了石墨的泡沫镍为载体的乙酰胆碱酯酶电极，泡沫镍/石墨载体层使用的粘结剂含量接近于零，几乎为干法制造电极，石墨粉料填入泡沫镍骨架的工艺简单，环境污染极小，能耗小，成本低，导电性好，内阻小，反应速度快，吸收电解液快。本发明的第二个目的是将所述负载在泡沫镍/石墨载体上的乙酰胆碱酯酶电极用于有机磷或氨基甲酸酯农药的电化学检测。
下面对本发明的技术方案做具体说明。
本发明提供了一种以泡沫镍为载体的乙酰胆碱酯酶电极，所述以泡沫镍为载体的乙酰胆碱酯酶电极包括泡沫镍/石墨载体层和乙酰胆碱酯酶工作层，所述以泡沫镍为载体的乙酰胆碱酯酶电极的制备包括如下步骤：
(1)将石墨、粘结剂溶液混合成填料后以嵌渗方式(以刷子刷入或刮板刮入)填充到泡沫镍板中，用刮板刮去浮粉，干燥后压成片状，得到泡沫镍/石墨载体层；所述的粘结剂溶液由粘结剂与溶剂组成，所述粘结剂与溶剂的质量比为0.1～5：100；所述粘结剂溶液与石墨的质量比为1～20:100；
(2)在泡沫镍/石墨载体层上制备乙酰胆碱酯酶工作层，得到以泡沫镍/石墨为载体的乙酰胆碱酯酶电极。
所述步骤(1)中，所述粘结剂溶液为壳聚糖的稀乙酸溶液、羟丙基甲基纤维素(HPMC)溶液、羧甲基纤维素(CMC)溶液、聚四氟乙烯(PTFE)乳液、聚乙烯醇(PVA)溶液、甲基纤维素(MC)溶液。所述的粘结剂为壳聚糖、HPMC、CMC、PTFE、PVA或MC，优选为壳聚糖、HPMC或CMC，最优选为壳聚糖；所述溶剂为稀乙酸溶液或水。
进一步，所述溶剂优选为质量百分比浓度为0.1～5％的稀乙酸溶液或水。
进一步，本发明所述粘结剂与溶剂的质量比为0.1～5：100，优选0.5～3：100。
进一步，本发明所述粘结剂与石墨的质量比为0.002～1：100，优选为0.01～0.3。
进一步，本发明所述粘结剂溶液和石墨的质量比为1％～20％，优选为2％～10％。加入的粘结剂溶液非常少，不足以浸润所有石墨成为浆状混合物，只能成为颗粒状混合物。后文实施例和对比实施例中少量粘结剂溶液是指粘结剂溶液和石墨的质量比为1％～20％，大量粘结剂溶液是指粘结剂溶液和石墨的质量比≥50％。
进一步，所述填料中加入磷化铁替换部分石墨，以石墨和磷化铁的总加入质量为100％计，磷化铁的含量不高于50％，优选为20％。
所述步骤(2)中，所述乙酰胆碱酯酶工作层的制备采用常规方法。具体而言，所述乙酰胆碱酯酶工作层可通过如下方法制备：将乙酰胆碱酯酶溶液和交联剂溶液以及保护剂溶液混合后，涂于泡沫镍/石墨载体层上，并使其完全覆盖泡沫镍/石墨载体层，干燥得到乙酰胆碱酯酶工作层。所述的交联剂优选为戊二醛；所述的保护剂优选为壳聚糖。所述的乙酰胆碱酯酶溶液是由乙酰胆碱酯酶溶于pH7.0±0.5的磷酸盐缓冲液(PBS)中而获得，其中乙酰胆碱酯酶质量浓度优选为0.05～0.2g/mL，更优选为0.1g/mL；所述的戊二醛溶液是由戊二醛溶于pH7.0±0.5的磷酸盐缓冲液(PBS)中而获得，其中戊二醛的质量百分比优选为0.1～10％，优选为2.5～10％，最优选为5％；所述的壳聚糖溶液是将壳聚糖溶于0.5～5％(优选1～3％，最优选1％)的乙酸水溶液中获得，其中壳聚糖质量浓度优选为0.5～5％，更优选1～3％，最优选1％。所述乙酰胆碱酯酶溶液、交联剂溶液、保护剂溶液的投料质量比为1：0.025～0.1：0.05～2，优选为1：0.025～0.1：0.5～2，最优选为1：0.1：1。
进一步，所述的以泡沫镍为载体的乙酰胆碱酯酶电极还包括基板层，所述基板层通过胶黏剂与泡沫镍/石墨载体层连接。
更进一步，所述的基板为无机材料(例如玻璃、硅胶、铝、斑脱)或高分子材料(例如胶原、明胶、壳聚糖、海藻酸钠、聚氯乙烯、尼龙、硝酸纤维素或醋酸纤维素)制备的板材或者网。
进一步，所述的以泡沫镍为载体的乙酰胆碱酯酶电极还包括电子媒介体修饰层，所述电子媒介体修饰层位于泡沫镍/石墨载体层和乙酰胆碱酯酶工作层之间；所述的以泡沫镍为载体的乙酰胆碱酯酶电极的制备包括如下步骤：
(a)将石墨、粘结剂溶液混合成填料后以嵌渗方式(以刷子刷入或刮板刮入)填充到泡沫镍板中，用刮板刮去浮粉，干燥后压成片状，得到泡沫镍/石墨载体层；所述的粘结剂溶液由粘结剂与溶剂组成，所述粘结剂与溶剂的质量比为0.1～5：100；所述粘结剂溶液与石墨的质量比为1～20:100；
(b)在泡沫镍/石墨载体层上制备电子媒介体修饰层；
(c)在电子媒介体修饰层上制备乙酰胆碱酯酶工作层，得到以泡沫镍/石墨为载体的胆碱酯酶电极。
所述的步骤(a)同上述步骤(1)，在此不再赘述。
所述的步骤(b)中，所述电子媒介体修饰层中含有的电子媒介体可以是7，7，8，8-四氰基苯醌二甲烷(TCNQ)、二茂铁或其衍生物、铁氰化钾等中的一种。
所述电子媒介体修饰层的制备也采用常规方法，例如TCNQ修饰层可通过如下方法制备：将TCNQ溶于丙酮中获得饱和TCNQ溶液，将壳聚糖溶于0.5～5％的乙酸水溶液中得到壳聚糖质量浓度为0.5～5％的壳聚糖溶液，然后将饱和TCNQ溶液和壳聚糖溶液按照体积比1:1混合均匀，将混合液涂于泡沫镍/石墨载体层表面，干燥得到TCNQ修饰层。进一步，所述乙酸水溶液的质量百分比浓度优选为1～3％，最优选为1％；所述壳聚糖溶液中壳聚糖的质量百分比优选为1～3％，最优选为1％。
所述的步骤(c)中胆碱酯酶工作层的制备方法也采用常规方法，与步骤(2)类似，在此不再赘述。
再进一步，所述的以泡沫镍为载体的乙酰胆碱酯酶电极至上而下依次由乙酰胆碱酯酶工作层、电子媒介体修饰层、泡沫镍/石墨载体层和基板层组成，各层的制备方法同上。
本发明所述的以泡沫镍/石墨为载体的胆碱酯酶电极可应用于有机磷或氨基甲酸酯农药的电化学检测。所述的电化学测试采用常规测试溶液，测试溶液为含1m moL/L的氯化硫代乙酰胆碱和0.1mol/L KCl的0.1mol/L磷酸缓冲溶液(PBS)溶液，所述的电化学测试在pH6.0～8.0的条件下进行，优选pH值为7.0。
本发明若非特别说明，所说的工艺配方中化学试剂的比例都是质量比，所说的化学试剂的百分比都是质量百分比。
与现有技术相比，本发明首次公开一种几乎不用粘结剂的负载在泡沫镍基体上的电化学生物传感器电极，其有益效果为：①从制作上看该电极不使用有机溶剂，环保；无需对泡沫镍板进行预清洗，也无需对泡沫镍/石墨载体烘干，节能；②从性能上看该电极具有电导率高、比表面积大，响应速度快、稳定性好、检测灵敏度高等特点，可实现对有机磷和氨基甲酸酯类农药分子的高灵敏度检测。
附图说明
图1为实施例1中制备的以泡沫镍/石墨为载体的嵌渗(壳聚糖)乙酰胆碱酯电极的整体结构图，其中：1.酶层，2.TCNQ修饰层，3.泡沫镍，4.PVC板。
图2为实施例2中制备的嵌渗(壳聚糖)乙酰胆碱酯酶电极检测毒死蜱的标准曲线。
图3为实施例3中制备的嵌渗(壳聚糖)乙酰胆碱酯酶电极的稳定性。
图4为实施例4、5、6和对比实施例1、2、3中，农药浸润时间对乙酰胆碱酯酶电极电流响应的影响。其中，纵坐标代表石墨占石墨与粘结剂总质量的百分比。
图5为实施例7、8、9中，粘结剂溶液用量对嵌渗乙酰胆碱酯酶电极电流响应的影响。其中，横坐标粘结剂溶液含量代表粘结剂溶液质量与石墨/磷化铁混合粉末质量比，％。
图6为对比实施例5、6、7、8中，粘结剂溶液用量对拉浆乙酰胆碱酯酶电极电流响应的影响。其中，横坐标粘结剂溶液含量代表粘结剂溶液质量与石墨/磷化铁混合粉末质量比，％。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明的技术方案进行进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1：以泡沫镍/石墨为载体的嵌渗(壳聚糖)乙酰胆碱酯酶电极的制备
1)石墨-磷化铁混合粉末填充：将500目石墨与600目磷化铁按质量比80:20混合后，滴加2％的壳聚糖溶液(加入量为石墨-磷化铁混合粉末质量的4％)搅匀后以嵌渗方式填充在泡沫镍板中，用刮板刮去浮粉，得到未成型的泡沫镍/石墨载体层；其中
2％壳聚糖溶液的配置：按计量比将壳聚糖加入到0.5％稀乙酸水溶液中充分溶解，放置于4℃冰箱中备用。
2)泡沫镍/石墨载体层制备：将1)所得未成型的泡沫镍/石墨载体层在辊压机下压成0.5mm厚度的薄片，然后再将泡沫镍板裁剪成40×5mm的尺寸；
3)基板层制备：将步骤2所制备的泡沫镍/石墨载体用胶黏剂连接在预先裁减好的PVC板上，PVC板尺寸和泡沫镍/石墨载体尺寸一致，尺寸大小为40×5mm；
4)TCNQ修饰层的制备：取50μL饱和TCNQ溶液，50μL1％壳聚糖溶液混合均匀后，取8μL滴涂于电极表面；其中
TCNQ饱和溶液的配制：将TCNQ溶于2ml丙酮中至不能溶解为止，得到饱和的TCNQ溶液；
5)乙酰胆碱酯酶层的涂制：将20μL乙酰胆碱酯酶溶液，2μL 5％戊二醛溶液，20μL1％壳聚糖溶液，混合后，滴于步骤4制备的电极上，并使其完全覆盖壳聚糖-TCNQ膜，置于室温下晾干。将制备好的电极浸于0.02mol/L的pH 7.0磷酸盐缓冲溶液中，置于4℃条件下保存。即得到以泡沫镍/石墨为载体的乙酰胆碱酯酶电极；其中
pH 7.0磷酸盐缓冲溶液的配制：分别配制0.1mol/L的Na2HPO4和0.1mol/L的NaH2PO4缓冲液，分别取0.1mol/L的NaH2PO4缓冲液50ml、0.1mol/L的Na2HPO4缓冲液25ml，将二者混和均匀，并利用两种缓冲液调节pH值；
5％戊二醛溶液的配制：取25％戊二醛溶液2ml，与8ml的pH 7.0磷酸盐缓冲溶液混合，即得5％的戊二醛溶液；
0.1mg/μL乙酰胆碱酯酶溶液的配置：取100mg乙酰胆碱酯酶冻干粉，将其溶入1000μl pH为7.0的磷酸盐缓冲溶液(PBS)中，置于4℃冰箱中保存。
6)乙酰胆碱酯酶电极活性测试方法：取制备好的乙酰胆碱酯酶电极作为工作电极，在pH值为7.0的磷酸盐缓冲溶液(PBS，含0.10mol·L-1KCl)中浸润30min后，以铂电极为对电极，Ag/AgCl为参比电极，以含1m moL/L氯化硫代乙酰胆碱的磷酸盐缓冲溶液(pH值为7.0，含0.1mol/L KCl)为测试液，室温下用电化学工作站(美国Advanced MeasurementTechnology、英国输力强、荷兰ECO、上海辰华等公司常用的商业化电化学仪器)测定氯化乙酰胆碱的氧化电流(氧化电位事先由酶电极的循环伏安图确定)。
实施例2：嵌渗(壳聚糖)乙酰胆碱酯酶电极用于有机磷和氨基甲酸酯类农药的电化学检测
步骤1)至步骤6)同实施例1。
7)毒死蜱标准样品的制备：取0.731g毒死蜱农药原溶液，将其溶于100ml的1.2mmol/L氯化乙酰胆碱磷酸盐缓冲溶液(pH7，含0.10mol·L-1KCl)中，配置成农药浓度为1.0×10-2mo1/L检测液，再逐步稀释成农药浓度为1.0×10-4mo1/L、1.0×10-5mo1/L、1.0×10-6mo1/L、1.0×10-7mo1/L、1.0×10-8mo1/L、1.0×10-9mo1/L的检测溶液。
8)取制备好的乙酰胆碱酯酶电极作为工作电极，以铂电极为对电极，Ag/AgCl为参比电极，在加入了1mmoL/L的氯化硫代乙酰胆碱的磷酸盐缓冲溶液(PBS，pH值为7.0，含0.1mol/L KCl)的测试液中浸润20min后，在室温下用电化学工作站测定乙酰胆碱酯酶电极在恒电位下的电流-时间曲线，确定一定的电流值作为空白电流值；然后用去离子水冲洗电极后，将乙酰胆碱酯酶电极置入配置有农药的氯化硫代乙酰胆碱缓冲溶液浸润10min后，测得抑制后的电流值，并按下式计算AChE的百分抑制率：
A＝(I0-I)/I0×100％
式中:A指酶的百分抑制率，I0指未被农药抑制的酶电极稳定响应电流(空白电流)，I指被农药抑制后酶电极的稳态响应电流。理论上的检测下限可以定义为抑制率10％时(I10％)所对应的抑制剂浓度。
以抑制率对毒死蜱的浓度制作标准曲线(附图2)，通过拟合得到两者之间的线性方程为：I％＝138.6+12.9lgC，相关系数R2＝0.997，检测限为1×10-10mo1/L。
实施例3嵌渗(壳聚糖)乙酰胆碱酯酶电极的稳定性
将按照实施例1方法制备好的乙酰胆碱酯酶电极置于4℃条件下保存放置30天后，按照实施例2方法测定氯化乙酰胆碱的氧化电流，响应信号为原来的88.2％(附图3)。这表明该乙酰胆碱酯酶电极具有很好的稳定性。
实施例4：嵌渗(壳聚糖)毒死蜱农药浸润时间对乙酰胆碱酯酶电极峰电流的影响
步骤1)至步骤6)同实施例1，步骤7)和8)同实施例2。与实施例2的不同在于步骤8)中改变农药的浸润时间为3、6、9、12、15、18min。
实施例5：嵌渗(HPMC)毒死蜱农药浸润时间对乙酰胆碱酯酶电极峰电流的影响
步骤2)至步骤6)同实施例1，步骤7)同实施例2。与实施例1的不同在于步骤1)中将壳聚糖溶液改为HPMC溶液。另一个不同点在于将实施例2中的步骤8)中的农药浸润时间改变为3、6、9、12、15、18min。
实施例6：毒死蜱农药浸润时间对嵌渗(CMC)乙酰胆碱酯酶电极峰电流的影响
步骤2)至步骤6)同实施例1，步骤7同实施例2。与实施例1的不同在于步骤1)中将壳聚糖溶液改为CMC溶液。另一个不同点在于将实施例2中的步骤8)中的农药浸润时间改变为3、6、9、12、15、18min。
实施例7：壳聚糖溶液与石墨/磷化铁混合粉末的质量比对嵌渗胆碱酯酶电极电化学性能的影响
步骤2)至步骤6)同实施例1，步骤7)和8)同实施例2。与实施例1的不同在于步骤1)中改变壳聚糖溶液投加质量，使壳聚糖溶液与石墨/磷化铁混合粉末的质量比为2％、4％、6％、8％、10％，得到5个碳电极。
实施例8：HPMC溶液与石墨/磷化铁混合粉末的质量比对嵌渗胆碱酯酶电极电化学性能的影响
步骤2)至步骤6)同实施例1，步骤7和8同实施例2。与实施例1的不同在于步骤1)中改变HPMC溶液投加质量，使HPMC溶液与石墨/磷化铁混合粉末的质量比为2％、4％、6％、8％、10％，得到5个碳电极。
实施例9：CMC溶液与石墨/磷化铁混合粉末的质量比对嵌渗胆碱酯酶电极电化学性能的影响
步骤2)至步骤6)同实施例1，步骤7)和8)同实施例2。与实施例1的不同在于步骤1)中改变CMC溶液投加质量，使CMC溶液与石墨/磷化铁混合粉末的质量比为2％、4％、6％、8％、10％，得到5个碳电极。
对比实施例1：毒死蜱农药浸润时间对拉浆(壳聚糖)乙酰胆碱酯酶电极峰电流的影响
步骤2)至步骤6)同实施例1，步骤7)同实施例2。不同点在于步骤1)中将少量壳聚糖溶液改为大量壳聚糖溶液。另一个不同点在于将实施例2中的步骤8)中的农药浸润时间为3、6、9、12、15、18min。
对比实施例2：毒死蜱农药浸润时间对拉浆(HPMC)乙酰胆碱酯酶电极峰电流的影响
步骤2)至步骤6)同实施例1，步骤7)同实施例2。与实施例1的不同在于步骤1)中将少量壳聚糖溶液改为大量HPMC溶液。另一个不同点在于将实施例2中的步骤8)中的农药浸润时间为3、6、9、12、15、18min。
对比实施例3：毒死蜱农药浸润时间对拉浆(CMC)乙酰胆碱酯酶电极峰电流的影响
步骤2)至步骤6)同实施例1，步骤7)同实施例2。与实施例1的不同在于步骤1)中将少量壳聚糖溶液改为大量CMC溶液。另一个不同点在于将实施例2中的步骤8)中的农药浸润时间为3、6、9、12、15、18min。
对比实施例4：毒死蜱农药浸润时间对拉浆(醋酸纤维素)乙酰胆碱酯酶电极峰电流的影响
步骤2)至步骤6)同实施例1，步骤7)同实施例2。与实施例1的不同在于步骤1)中改变将少量壳聚糖溶液改为大量6％醋酸纤维素溶液。另一个不同点在于将实施例2中的步骤8)中的农药浸润时间为5、10、15、20、25min。
6％醋酸纤维素溶液的配置：按计量比将醋酸纤维素加入到1:1的环己酮与丙酮的混和溶剂中，放置72h使之充分溶解。
对比实施例5：大量壳聚糖溶液与石墨/磷化铁混合粉末的质量比对泡沫镍/石墨载体上胆碱酯酶电极电化学性能的影响
步骤2)至步骤6)同实施例1，步骤7)和8)同实施例2。不同点在于步骤1)。
1)石墨填充：取石墨(500目)和2％的壳聚糖溶液，混合成浆料后放在坩埚中充分研磨，将浆料填充在步骤1准备好的泡沫镍板中，通风橱中干燥。
改变壳聚糖溶液投加质量，使壳聚糖溶液与石墨/磷化铁混合粉末的质量比为80％、120％、160％、200％，得到4个碳电极。
对比实施例6：大量HPMC溶液与石墨/磷化铁混合粉末的质量比对泡沫镍/石墨载体上胆碱酯酶电极电化学性能的影响
步骤2)至步骤6)同实施例1，步骤7)和8)同实施例2。不同点在于步骤1)。
1)石墨填充：取石墨(500目)和2％的HPMC溶液，混合成浆料后放在坩埚中充分研磨，将浆料填充在步骤1)准备好的泡沫镍板中，通风橱中干燥。
改变HPMC溶液投加质量，使HPMC溶液与石墨/磷化铁混合粉末的质量比为80％、120％、160％、200％，得到4个碳电极。
HPMC粘结剂溶液的配制方法为：取100mL去离子水的2/3加热到80摄氏度，加入HPMC，边加入边搅拌，待HPMC全部溶解后再将剩余的1/3冷水缓慢加入，边加入边搅拌，缓慢冷却至室温。取HPMC的质量分数为2％、4％、6％、8％。8％HPMC粘结剂的粘度过大，浆料流动性差。取粘结剂含量为4％和6％时，添加石墨的固含量最多能达到85％，因为石墨固含量超过85％则配制的浆料会过于粘稠流动性差，不利于后期的刮涂。综合考虑粘结性和浆料的流动性，最终选用2％HPMC。
对比实施例7：大量CMC溶液与石墨/磷化铁混合粉末的质量比对泡沫镍/石墨载体上胆碱酯酶电极电化学性能的影响
步骤2)至步骤6)同实施例1，步骤7)和8)同实施例2。不同点在于步骤1)。
1)石墨填充：取石墨(500目)和2％的CMC溶液，混合成浆料后放在坩埚中充分研磨，将浆料填充在步骤1准备好的泡沫镍板中，通风橱中干燥。
改变CMC溶液投加质量，使CMC溶液与石墨/磷化铁混合粉末的质量比为80％、120％、160％、200％，得到4个碳电极。
对比实施例8：大量醋酸纤维素溶液与石墨/磷化铁混合粉末的质量比对泡沫镍/石墨载体上胆碱酯酶电极电化学性能的影响
步骤2)至步骤6)同实施例1，步骤7)和8)同实施例2。不同点在于步骤1)。
1)石墨填充：取石墨(500目)和6％的醋酸纤维素溶液，混合成浆料后放在坩埚中充分研磨，将浆料填充在步骤1)准备好的泡沫镍板中，通风橱中干燥。
改变醋酸纤维素溶液投加质量，使醋酸纤维素溶液与石墨/磷化铁混合粉末的质量比为100％、150％、200％、250％，得到4个碳电极。
从图4中可以看出，嵌渗电极的浸润速度明显快于拉浆电极。这是因为嵌渗电极所使用的石墨/泡沫镍载体几乎不使用粘结剂，因此吸收电解液的速度很快。同时还可以看到使用醋酸纤维素粘结剂的电极浸润速度最慢，这是因为有机粘结剂的吸水性比水性粘结剂差。
从图5和图6中可以看出，嵌渗电极的氧化峰电流明显高于拉浆电极。同时，使用了3种水性粘结剂(壳聚糖和HPMC、CMC)的电极的粘结剂使用量以及氧化峰电流都明显优于以醋酸纤维素为粘结剂的电极，而在3种水性粘结剂的对比中，壳聚糖在粘结剂使用量以及氧化峰电位上都明显优越于HPMC和CMC。

Claims (9)

1.一种以泡沫镍/石墨为载体的乙酰胆碱酯酶电极的制备方法，其特征在于：
所述以泡沫镍/石墨为载体的乙酰胆碱酯酶电极包括泡沫镍/石墨载体层和乙酰胆碱酯酶工作层，所述以泡沫镍/石墨为载体的乙酰胆碱酯酶电极的制备包括如下步骤：
(1)将石墨、粘结剂溶液混合成填料后以嵌渗方式填充到泡沫镍板中，干燥后压成片状，得到泡沫镍/石墨载体层；所述的粘结剂溶液由粘结剂与溶剂组成，所述粘结剂与溶剂的质量比为0.1～5：100；所述粘结剂溶液与石墨的质量比为1～20:100；
(2)在泡沫镍/石墨载体层上制备乙酰胆碱酯酶工作层，得到以泡沫镍/石墨为载体的乙酰胆碱酯酶电极。
2.如权利要求1所述的以泡沫镍/石墨为载体的乙酰胆碱酯酶电极的制备方法，其特征在于：所述的以泡沫镍/石墨为载体的乙酰胆碱酯酶电极还包括基板层，所述基板层通过胶黏剂与泡沫镍/石墨载体层连接。
3.如权利要求1所述的以泡沫镍/石墨为载体的乙酰胆碱酯酶电极的制备方法，其特征在于：所述的以泡沫镍/石墨为载体的乙酰胆碱酯酶电极还包括电子媒介体修饰层，所述电子媒介体修饰层位于泡沫镍/石墨载体层和乙酰胆碱酯酶工作层之间；所述的以泡沫镍/石墨为载体的胆碱酯酶电极的制备包括如下步骤：
(a)将石墨、粘结剂溶液混合成填料后以嵌渗方式填充到泡沫镍板中，干燥后压成片状，得到泡沫镍/石墨载体层；所述的粘结剂溶液由粘结剂与溶剂组成，所述粘结剂与溶剂的质量比为0.1～5：100；所述粘结剂溶液与石墨的质量比为1～20:100
(b)在泡沫镍/石墨载体层上制备电子媒介体修饰层；
(c)在电子媒介体修饰层上制备胆碱酯酶工作层，得到以泡沫镍/石墨为载体的胆碱酯酶电极。
4.如权利要求3所述的以泡沫镍/石墨为载体的乙酰胆碱酯酶电极的制备方法，其特征在于：所述的电子媒介体修饰层中含有的电子媒介体是7,7,8,8-四氰基苯醌二甲烷、二茂铁或其衍生物、铁氰化钾中的一种。
5.如权利要求4所述的以泡沫镍/石墨为载体的乙酰胆碱酯酶电极的制备方法，其特征在于：所述的以泡沫镍/石墨为载体的胆碱酯酶电极至上而下依次由乙酰胆碱酯酶工作层、电子媒介体修饰层、泡沫镍/石墨载体层和基板层组成。
6.如权利要求1～5之一所述的以泡沫镍为载体的乙酰胆碱酯酶电极的制备方法，其特征在于：所述填料中加入磷化铁替换部分石墨，以石墨和磷化铁的总加入质量为100％计，磷化铁含量不高于50％。
7.如权利要求1～5之一所述的以泡沫镍为载体的乙酰胆碱酯酶电极的制备方法，其特征在于：所述的粘结剂选自下列一种或任意几种的混合：壳聚糖、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚四氟乙烯乳液、聚乙烯醇、甲基纤维素；所述溶剂为稀乙酸溶液或水。
8.如权利要求7所述的以泡沫镍/石墨为载体的乙酰胆碱酯酶电极的制备方法，其特征在于：所述溶剂为质量百分比浓度为0.1～5％的稀乙酸溶液或水。
9.如权利要求1所述的以泡沫镍/石墨为载体的乙酰胆碱酯酶电极的制备方法，其特征在于：所述嵌渗方式为将填料以刷子刷入或刮板刮入泡沫镍板中。
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