一种MXene-聚合离子液体电化学修饰材料及其应用

本发明涉及生物电化学领域，具体涉及一种mxene-聚合离子液体电化学修饰材料及其应用。

背景技术：

1、二维过渡金属碳化物(或氮化物)mxene(ti3c2tx)具有类似石墨烯的2d层状结构、优异的金属导电性、生物相容性和在水相中的良好分散性，已被广泛用于金属、离子电池、超级电容器、燃料电池、电子器件等多个领域。然而，mxene具有与产生的·o2-和·oh等自由基反应导致纳米片降解的性质。因此，它在潮湿或水环境中易被氧化，这会导致2d层状结构的解体，并严重损害其导电性能，限制了mxene的实际应用。

2、据报道，咪唑基离子液体已被发现可以作为猝灭剂，防止活性氧物种(ros)，如羟基自由基(·oh)进入2d材料的表面，它可以减少自由基与mxene片材之间的反应。同时，离子液体也是一种理想的固定化酶的材料，它兼具生物相容性、热稳定性、化学稳定性，具有较宽的电化学窗口，较高的电导率。不过大部分已报道的方法都依赖于使用大量的离子液体单体，这对于大规模生产是不现实的。为此，研究一种低成本、高稳定的聚合离子液体(pils)改性mxene纳米片的方法，符合实际生产需要。

3、生物传感器是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物物质、换能器和信号放大装置构成，近年来获得许多关注。二维过渡金属碳化物(或氮化物)mxene(ti3c2tx)具有类似石墨烯的2d层状结构，具有较大的比表面积以及很多优良的物理化学性质，如优异的金属导电性、生物相容性、在水相中良好的分散性和还原性等，可作为制备电化学生物传感器的理想材料。因而可以向mxene中引入聚合离子液体，以弥补mxene自身不足同时增强其生物传感性能，更有利于酶的负载，发挥复合材料协同作用的特点，制备出性能更加优异的mxene基ache电化学生物传感器。

技术实现思路

1、本发明利用聚合离子液体共混mxene的方法制备出mxene-pils复合材料，而后进一步引入能够特异性识别有机磷农药的乙酰胆碱酯酶并固定在玻碳电极表面，构建mxene基乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器。结果表明制备出的复合材料兼具优良导电性和生物相容性，既能使固载的酶保持生物活性，又能促进酶与电极表面间的直接电子转移。可应用于电化学分析，生物传感等领域。

2、本发明采用的技术方案是：一种mxene-聚合离子液体电化学修饰材料，所述mxene-聚合离子液体电化学修饰材料为mxene-pils，制备方法包括如下步骤：

3、1)将1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐单体用氯仿溶解后加入偶氮二异丁腈aibn，搅拌溶解，在n2氛围中，加热至60～70℃，回流反应5～6h，待反应结束，冷却至室温，产物用氯仿洗涤，在冷冻干燥机中干燥，得到聚合离子液体(pils)；

4、2)将mxene胶体溶液与聚合离子液体(pils)共混，超声30～40min，形成均一稳定的溶液，而后将得到的混合溶液经冷冻干燥，得到mxene-pils。

5、进一步的，上述的一种mxene-聚合离子液体电化学修饰材料，步骤2)中，mxene胶体溶液的浓度为2～8mg/ml，按料液比，mxene胶体溶液:聚合离子液体＝1ml:20～30mg。

6、一种mxene-聚合离子液体基电化学修饰电极，利用上述的mxene-聚合离子液体电化学修饰材料mxene-pils，制备方法包括如下步骤：采用逐层滴加的方法，首先，将mxene-pils溶液滴涂到预处理的玻碳电极(gce)表面，并在室温下干燥，之后，在mxene-pils表面滴涂乙酰胆碱酯酶(ache)溶液，然后在2～6℃下干燥，干燥后继续滴涂nafion溶液，继续在2～6℃下干燥，得到mxene-聚合离子液体基电化学修饰电极(ache/mxene-pils/gce)。

7、进一步的，上述的一种mxene-聚合离子液体基电化学修饰电极，mxene-pils溶液的浓度为2～8mg/ml，乙酰胆碱酯酶(ache)溶液的浓度为150～250u/ml，nafion溶液的浓度为0.2～0.8wt％；按体积比，mxene-pils溶液:乙酰胆碱酯酶(ache)溶液:nafion溶液＝7:9:5。

8、进一步的，上述的一种mxene-聚合离子液体基电化学修饰电极，所述乙酰胆碱酯酶(ache)溶液的ph值为7～8。

9、本发明提供的mxene-聚合离子液体基电化学修饰电极作为生物传感器在电化学定性和定量检测农药中的应用。

10、进一步的，所述农药为有机磷农药。

11、更进一步的，所述有机磷农药为甲基对硫磷。

12、更进一步的，方法如下：将上述的mxene-聚合离子液体基电化学修饰电极(ache/mxene-pils/gce)置于碘化乙酰硫代胆碱(atcl)的pbs溶液中，加入含有甲基对硫磷的溶液，使用差分脉冲伏安法进行检测。

13、本发明具有如下有益效果：

14、本发明设计合成出一种抗氧化性能增强的mxene-聚合离子液体基生物传感器，通过向mxene中引入聚合离子液体，以弥补mxene自身不足同时增强其生物传感性能，更有利于酶的负载，制备方法简便，所得材料兼具优良导电性和生物相容性，有利于酶固载和保持生物活性。

15、本发明制得的生物传感器对甲基对硫磷的检测显示出优异的电化学活性，可以实现对甲基对硫磷浓度的高灵敏度、低检出限、高选择性检测。

技术特征：

1.一种mxene-聚合离子液体电化学修饰材料，其特征在于，所述mxene-聚合离子液体电化学修饰材料为mxene-pils，制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种mxene-聚合离子液体电化学修饰材料，其特征在于，步骤2)中，mxene胶体溶液的浓度为2～8mg/ml，按料液比，mxene胶体溶液:聚合离子液体＝1ml:20～30mg。

3.一种mxene-聚合离子液体基电化学修饰电极，其特征在于，利用权利要求1或2所述的mxene-聚合离子液体电化学修饰材料mxene-pils，制备方法包括如下步骤：采用逐层滴加的方法，首先，将mxene-pils溶液滴涂到预处理的玻碳电极gce表面，并在室温下干燥，之后，在mxene-pils表面滴涂乙酰胆碱酯酶ache溶液，然后在2～6℃下干燥，干燥后继续滴涂nafion溶液，继续在2～6℃下干燥，得到mxene-聚合离子液体基电化学修饰电极ache/mxene-pils/gce。

4.根据权利要求3所述的一种mxene-聚合离子液体基电化学修饰电极，其特征在于，mxene-pils溶液的浓度为2～8mg/ml，乙酰胆碱酯酶ache溶液的浓度为150～250u/ml，nafion溶液的浓度为0.2～0.8wt％；按体积比，mxene-pils溶液:乙酰胆碱酯酶ache溶液:nafion溶液＝7:9:5。

5.根据权利要求3或4所述的一种mxene-聚合离子液体基电化学修饰电极，其特征在于，所述乙酰胆碱酯酶ache溶液的ph值为7～8。

6.权利要求3、4或5所述的一种mxene-聚合离子液体基电化学修饰电极作为生物传感器在电化学定性和定量检测农药中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述农药为有机磷农药。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述有机磷农药为甲基对硫磷。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，方法如下：将权利要求3、4或5所述的mxene-聚合离子液体基电化学修饰电极ache/mxene-pils/gce置于碘化乙酰硫代胆碱的pbs溶液中，加入含有甲基对硫磷的溶液，使用差分脉冲伏安法进行检测。

技术总结本发明公开一种MXene‑聚合离子液体电化学修饰材料及其应用。所述电化学修饰材料为MXene‑PILs，制备方法为：将MXene少层胶体溶液与聚合离子液体共混，并形成均一稳定的溶液，而后将得到的混合溶液经冷冻干燥制成固体样品，得MXene‑PILs。制备的电化学修饰材料不仅提升了MXene纳米片的抗氧化性能，而且具有优良导电性和生物相容性，将该材料应用于生物传感器中，拓展了在电化学分析、生物传感等领域中的应用。技术研发人员：张谦,王雪,马晓艳,王慧婷,夏立新受保护的技术使用者：辽宁大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18