一种微纳米带电极、其制备方法及无酶生物传感器
阅读说明：本技术 一种微纳米带电极、其制备方法及无酶生物传感器 (Micro-nano charged electrode, preparation method thereof and enzyme-free biosensor ) 是由 余登斌 董绍俊 龙玲 刘永勤 方幼兴 于 2020-12-08 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种微纳米带电极、其制备方法及无酶生物传感器。本发明提供的微纳米带电极的制备方法中,先在电极基底表面的一部分电泳沉积聚2-烯丙基苯酚绝缘层,使电极基底形成一端包覆了聚2-烯丙基苯酚绝缘层、另一端未包覆的结构；再将导线通过导电胶固定于未包覆端,且导线的金属丝伸出基底；然后将其置于两端开口的玻璃管中,未粘结导线的一端的端部与玻璃管一端开口齐平,另一端的导线伸出玻璃管,再灌入密封胶封装固化；之后,对非导线端的端面进行抛光,在抛光面上形成Sn膜-剥离Sn膜-沉积含金属膜,得到微纳米带电极。本发明制得的微纳米带电极能够用于快速、灵敏检测H-2O-2。(The invention provides a micro-nano charged electrode, a preparation method thereof and an enzyme-free biosensor. In the preparation method of the micro-nano charged electrode, a 2-allylphenol insulating layer is deposited on a part of the surface of an electrode substrate by electrophoresis, so that the electrode substrate forms a structure with one end coated with the poly 2-allylphenol insulating layer and the other end not coated; fixing the lead at the uncoated end through conductive adhesive, wherein the metal wire of the lead extends out of the substrate; then placing the glass tube into a glass tube with openings at two ends, wherein the end part of one end of the glass tube, which is not bonded with the lead, is flush with the opening at one end of the glass tube, the lead at the other end extends out of the glass tube, and then pouring sealant for encapsulation and solidification; and then, polishing the end face of the non-conducting wire end, forming a Sn film on the polished face, stripping the Sn film, and depositing a metal-containing film to obtain the micro-nano band electrode. Hair brushThe prepared micro-nano strip electrode can be used for quickly and sensitively detecting H 2 O 2 。)
技术领域
本发明涉及电极材料领域，特别涉及一种微纳米带电极、其制备方法及无酶生物传感器。
背景技术
微电极是指至少在一个维度上(如圆盘的半径或是带的宽度)小于25μm的电极，它的稳态电流密度要优于常规电极在强制对流下的电流。微电极上的极化电流降低了体系的iR降，使之可以用于高电阻的体系中，包括低支持电解质浓度甚至无支持电解质溶液、气相体系、半固体和全固态体系，这些特性为人们对物质的微观结构进行探索提供了一种有力手段。微电极固有的很小的RC时间常数使之可以用来对快速、暂态电化学反应进行研究。同时，微电极的稳态电流通过理论计算和实验手段都比较容易获得。微电极的独特能力大大扩展了电化学方法的应用范围，将电化学方法扩展到以前难以处理的时间、介质和空间领域。例如，可以研究以前难以研究的化学体系的快速反应；可以在以前难以使用电化学方法的介质如非水介质中使用；可以研究常规尺寸电极无法接近的小体积或小空间的活体检测，对表面进行成像，如扫描电化学显微镜(SECM)等。
尽管有很多优点和广泛用途，微电极上的检测电流通常在n A级，在实际应用中，由于圆盘等微电极的电流有时会小于常规电化学仪器的检测下限，所以应用受到限制。根据电极表面几何形状的不同，微电极可以划分为不同的类型，其中一种电极表面为带状的微纳米带电极，其宽度为纳米～微米级，长度为毫米级甚至厘米级，具有微电极的特性且产生的电流较大，常规的电化学仪器可以检测其信号，故有利于分析应用。
Ingrid Fritsch[Anal.Chem.70,2908,1998]用影印石版术、离子溅射结合热和化学沉积制备出了纳米级微带电极，但是其所需仪器昂贵，操作复杂，制作比较困难。R.M.Wightman[Anal.Chem.57,1984,2101]和A.J.Bard[Anal.Chem.59,1987,2101]等人在云母的表面上蒸镀一层纳米厚度的金膜，封装后制备出纳米级金微带电极。该方法比较简单，不需要昂贵的仪器，但是存在以下缺点：云母片很薄且易碎，电极较难制备；电极不能研磨，表面很难处理干净，重现性差；电极的形状固定，只能是线性。朱明智等(高等学校化学学报，2005，26(5)，838-840)用多层工艺和常规的光刻方法加工了亚微米级的金叉指型超微带电极阵列，通过控制电极材料的膜厚来控制超微带电极的宽度，因此易于实现亚微米级带电极的加工，同时可以实现三维结构的微腔。用循环伏安法表征了叉指型超微带电极阵列的抗腐蚀性和超微电极的电化学特性。专利申请CN 104132976 A公开了一种构建电极的方法，在ITO导电玻璃表面沉积金、铂或银薄膜，提高了电极稳定性。
过氧化氢(H2O2)是活性氧类物质的一种，是很多工业过程的原料和中间产物，同时也是许多生物体内氧化酶反应的副产物，因而对其含量的测定在工业、食品、临床、药物和环境分析中有着十分重要的意义。目前，用于检测H2O2的方法很多，如滴定分析法、光谱分析法、荧光检测法和电化学检测法等。其中，电流型酶生物传感器，由于制备方法简单、灵敏度高等优点而被广泛应用于H2O2的测定。但是，酶分子本身存在一些弱点，如难以固定到电极表面，本身易失活且相对分子质量大，活性中心埋在多肽结构内部，不易发生直接电子传递等。因此，研究性能优良的新型无酶过氧化氢传感器成为当务之急。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种微纳米带电极、其制备方法及无酶生物传感器。本发明提供的微纳米带电极可用于快速、灵敏检测H2O2。
本发明提供了一种微纳米带电极，包括：
电极基底；所述电极基底沿长度方向分为包覆区和未包覆区；
包覆在所述包覆区的聚2-烯丙基苯酚绝缘层；
固定于所述未包覆区的导线；
套装于所述电极基底外围的玻璃管；所述玻璃管为两端开口的玻璃管，所述电极基底中，包覆区的端面与玻璃管的一端开口齐平、且所述端面复合有含金属膜层，未包覆区的导线从玻璃管的另一端开口伸出；
灌装于所述玻璃管内的密封胶。
优选的，所述电极基底为含Sn电极基底；
所述导线为金属漆包线，两端裸露出金属丝；
所述导线为铜线、银线、铝线、金线、镍线、锌线或锡线；
所述导线通过导电胶固定于所述未包覆区。
本发明还提供了一种上述技术方案中所述的微纳米带电极的制备方法，包括以下步骤：
a)以电极基底为工作电极，以2-烯丙基苯酚溶液为电解液，在三电极体系下通过电泳沉积，在电极基底表面沉积聚2-烯丙基苯酚绝缘层，得到包覆基底；
其中，沿电极基底的长度方向，将电极基底分为上下两个部分，在其中的一个部分沉积聚2-烯丙基苯酚绝缘层，记为包覆端，另一部分记为未包覆端；
所述电极基底为含Sn电极基底；
b)取导线，并通过导电胶将所述导线的一端固定于所述包覆基底的未包覆端，导线的另一端沿远离所述包覆端的方向伸出包覆基底，得到中间体；其中，粘结了导线的一端记为导线端，未粘结导线的一端记为非导线端；
c)将所述中间体放入两端开口的玻璃管中，其中，包覆基底完全盛装于玻璃管内，且所述中间体的非导线端的端部与玻璃管的一端开口齐平，所述导线伸出玻璃管；
将与所述中间体的非导线端的端部齐平的玻璃管开口用封口膜封口，从所述玻璃管的另一端开口注入密封胶并固化，得到固化封装体；
d)对所述固化封装体中非导线端的端面进行抛光，得到抛光体；
e)在所述抛光体的抛光面上依次进行电还原Sn膜、剥离Sn膜和沉积含金属膜，得到微纳米带电极。
优选的，所述步骤a)中：
所述2-烯丙基苯酚溶液的浓度为0.01～90mmol/L；
所述2-烯丙基苯酚溶液中的溶剂为甲醇、水、乙醇、丙酮和正己烷中的一种或几种；
所述2-烯丙基苯酚溶液的pH为9.0～9.2。
优选的，所述步骤a)中：
所述三电极体系的参比电极为Ag-AgCl电极，对电极为Pt电极；
所述电泳沉积的电压为0.5～10V，时间为1～30min；
所述含Sn电极基底为ITO电极、FTO电极或PET-ITO复合电极；
所述含Sn电极基底的厚度为≤25μm。
优选的，所述步骤d)中，所述抛光包括：
S1、采用砂纸对将述固化封装体中非导线端的端面抛光成镜面；
S2、以步骤S1得到的电极为工作电极、Ag-AgCl为参比电极、Pt片为对电极，以K3[Fe(CN)6]水溶液为电解液，KCl为支持电解质，测试扫描循环伏安曲线；若所得循环伏安曲线为S形，则判为合格；若所得循环伏安曲线不是S形，则继续用砂纸抛光，直至循环伏安曲线为S形。
优选的，所述步骤b)中：
所述导线为金属漆包线，两端裸露出金属丝；
所述导线为铜线、银线、铝线、金线、镍线、锌线或锡线；
所述导电胶为导电银胶、导电铜胶、导电铝胶、导电锌胶、导电铁胶、导电镍胶和石墨胶中的一种或几种；
所述步骤c)中：
所述密封胶为环氧密封胶；
所述密封胶灌满玻璃管。
优选的，所述步骤e)包括：
e1)以所述抛光体为工作电极、以磷酸缓冲液为电解液，在三电极体系下进行电还原，在所述抛光体的抛光面上形成Sn膜层；之后，剥离所述Sn膜层，形成剥离面；
e2)以步骤e1)得到的电极为工作电极，在三电极体系下进行电沉积，在所述剥离面上形成含金属薄膜，得到微纳米带电极。
优选的，所述步骤e1)中：
所述三电极体系的参比电极为Ag-AgCl电极，对电极为Pt电极；
所述磷酸缓冲液的pH为6.80～7.40；
所述电还原的电压为-0.5～-5V，时间为60～1000s；
所述剥离为利用酸液浸泡剥离；
所述步骤e2)中：
所述三电极体系的参比电极为Ag-AgCl电极，对电极为Pt电极；
所述电沉积为阶跃脉冲法电沉积；
所述阶跃脉冲法电沉积的条件为：初始电压0.1～1V，脉冲时间0.1～5s；终止电压-0.02～-0.5V，脉冲时间0.2～10s；脉冲数为50～300；
所述含金属薄膜为金属膜、金属复合盐膜或金属氧化物膜；
所述金属膜为金膜、铂膜、银膜、铜膜或钯膜；
所述金属复合盐为普鲁士蓝；
所述金属氧化物为二氧化钛。
本发明还提供了一种无酶生物传感器，所述传感器为以微纳米带电极为工作电极、Ag-AgCl为参比电极、Pt片为对电极构成的三电极系统；
所述微纳米带电极为上述技术方案中所述的微纳米带电极或上述技术方案中所述的制备方法制得的微纳米带电极。
本发明提供了一种微纳米带电极的制备方法，先在电极基底表面的一部分电泳沉积聚2-烯丙基苯酚绝缘层，使电极基底形成一端包覆了聚2-烯丙基苯酚绝缘层、另一端未包覆的结构；再将导线通过导电胶固定于未包覆端，且导线的金属丝伸出基底；然后将其置于两端开口的玻璃管中，未粘结导线的一端的端部与玻璃管一端开口齐平，另一端的导线伸出玻璃管，再灌入密封胶封装固化；之后，对非导线端的端面进行抛光，在抛光面上形成Sn膜---剥离Sn膜---沉积含金属膜，得到微纳米带电极。本发明制得的微纳米带电极能够用于快速、灵敏检测H2O2。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的微纳米带电极的结构示意图；
图2为本发明制备微纳米带电极的流程示意图；
图3为实施例3中ITO片的排列示意图；
图4为实施例7中检测修饰电极对H2O2催化作用的效果图；
图5为实施例7中线性范围及检测限的效果图；其中，图5A为电流与时间的变化关系图，图5B为电流与浓度的变化关系图；
图6为实施例7中电活性物质对信号干扰的测试效果图。
具体实施方式
本发明提供了一种微纳米带电极，包括：
电极基底；所述电极基底沿长度方向分为包覆区和未包覆区；
包覆在所述包覆区的聚2-烯丙基苯酚绝缘层；
固定于所述未包覆区的导线；
盛装所述电极基底的玻璃管；所述玻璃管为两端开口的玻璃管，所述电极基底中，包覆区的端面与玻璃管的一端开口齐平、且所述端面复合有含金属膜层，未包覆区的导线从玻璃管的另一端开口伸出；
灌装于所述玻璃管内的密封胶。
参见图1，图1为本发明提供的微纳米带电极的结构示意图。其中，1为电极基底，2为聚2-烯丙基苯酚绝缘层，3为导线，4为玻璃管，5为密封胶，6为含金属膜层，7为导电胶。
电极基底1为导电材料，具体为含Sn电极基底；优选包括ITO导电玻璃、FTO导电玻璃或PET-ITO复合基底。电极基底1沿长度方向分为包覆区和未包覆区，即将电极基底1沿着长度方向分为上下两个部分，其中一个部分为包覆区，另一个部分为未包覆区。电极基底1为矩形，当为正方形时，则上述长度方向也是宽度方向。
聚2-烯丙基苯酚绝缘层2包覆在电极基底1的包覆区。在包覆区设置2-烯丙基苯酚绝缘层的目的是成功制备不渗漏的微纳米带电极。
导线3固定于电极基底1的未包覆区。导线3优选与电极基底1的长度反向平行，其背向包覆区、沿着未包覆区伸出电极基底1。本发明中，优选通过导电胶7将导线3固定于电极基底1的表面。
玻璃管4套装于电极基底1的外围；所述玻璃管4为两端开口的玻璃管，所述电极基底1中，包覆区的端面与玻璃管的一端开口齐平，未包覆区的导线从玻璃管的另一端开口伸出。其中，所述端面还复合有含金属膜层6。
密封胶5灌装于所述玻璃管4内，通过密封胶将电极基底固定于玻璃管内。所述密封胶优选灌满玻璃管。所述密封胶优选为环氧密封胶。
本发明提供的上述微纳米带电极能够用于快速、灵敏检测H2O2。
本发明还提供了一种上述技术方案中所述的微纳米带电极的制备方法，包括以下步骤：
a)以电极基底为工作电极，以2-烯丙基苯酚溶液为电解液，在三电极体系下通过电泳沉积，在电极基底表面沉积聚2-烯丙基苯酚绝缘层，得到包覆基底；
其中，沿电极基底的长度方向，将电极基底分为上下两个部分，在其中的一个部分沉积聚2-烯丙基苯酚绝缘层，记为包覆端，另一部分记为未包覆端；
所述电极基底为含Sn电极基底；
b)取导线，并通过导电胶将所述导线的一端固定于所述包覆基底的未包覆端，导线的另一端沿远离所述包覆端的方向伸出包覆基底，得到中间体；其中，粘结了导线的一端记为导线端，未粘结导线的一端记为非导线端；
c)将所述中间体放入两端开口的玻璃管中，其中，包覆基底完全盛装于玻璃管内，且所述中间体的非导线端的端部与玻璃管的一端开口齐平，所述导线伸出玻璃管；
将与所述中间体的非导线端的端部齐平的玻璃管开口用封口膜封口，从所述玻璃管的另一端开口注入密封胶并固化，得到固化封装体；
d)对所述固化封装体中非导线端的端面进行抛光，得到抛光体；
e)在所述抛光体的抛光面上依次进行电还原Sn膜、剥离Sn膜和沉积金属膜，得到微纳米带电极。
本发明先在电极基底表面的一部分电泳沉积聚2-烯丙基苯酚绝缘层，使电极基底形成一端包覆了聚2-烯丙基苯酚绝缘层、另一端未包覆的结构；再将导线通过导电胶固定于未包覆端，且导线的金属丝伸出基底；然后将其置于两端开口的玻璃管中，未粘结导线的一端的端部与玻璃管一端开口齐平，另一端的导线伸出玻璃管，再灌入密封胶固化封装；之后，对非导线端的端面进行抛光，在抛光面上形成Sn膜---剥离Sn膜---沉积含金属膜，得到微纳米带电极。本发明制得的微纳米带电极能够用于快速、灵敏检测H2O2。
参见图2，图2为本发明制备微纳米带电极的流程示意图。
关于步骤a)：以电极基底为工作电极，以2-烯丙基苯酚溶液为电解液，在三电极体系下通过电泳沉积，在电极基底表面沉积聚2-烯丙基苯酚绝缘层，得到包覆基底。
本发明中，所述电极基底为含Sn电极基底；优选包括ITO导电玻璃、FTO导电玻璃或PET-ITO复合基底。所述ITO导电玻璃是指在基片玻璃的基础上，利用磁控溅射镀上ITO(即氧化铟锡)膜而得到的导电玻璃；上述其它类型导电玻璃同理；其中，所述PET-ITO复合基底是指在以PET为基底、镀ITO膜而得到的导电材料。其中，所述ITO导电玻璃为单面ITO导电玻璃或双面ITO导电玻璃。所述电极基底的厚度优选为≤25μm。
本发明中，在操作前，优选先对电极基底进行预处理。所述预处理包括：裁切、清洗和干燥。其中，所述裁切是将电极基底裁切成一定尺寸的电极，本发明对所述尺寸没有特殊限制，为制备微纳米带电极的常规电极尺寸即可；在本发明的一个实施例中，所述电极基底裁切成宽3mm×长20mm的尺寸。本发明中，所述清洗采用的清洗剂种类没有特殊限制，包括丙酮、乙醇和水中的一种或几种；所述清洗优选为超声清洗。本发明中，所述干燥优选为氮气吹干。
本发明中，以2-烯丙基苯酚溶液为电解液进行电泳沉积。本发明中，所述2-烯丙基苯酚溶液的浓度优选为0.01～90mmol/L。所述2-烯丙基苯酚溶液中的溶剂优选为甲醇、水、乙醇、丙酮和正己烷中的一种或几种。在本发明的一些实施例中，所述溶剂为甲醇和水；所述甲醇与水的质量比优选为1∶(0.2～5)。
本发明中，所述2-烯丙基苯酚溶液的pH值优选为9.0～9.2，若pH值过低，则聚合反应速度慢，所形成的聚合物膜粗糙不牢固，若pH值过高，则聚合反应速度快，有可能导致聚合物膜易破裂。本发明中，所述pH值可通过pH调节剂进行调控，即配制完2-烯丙基苯酚溶液后，加入pH值调节剂来调控溶液的pH值；所述pH调节剂优选为氨水、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或几种。本发明在电极上沉积聚2-烯丙基苯酚绝缘层，与电极基底结合更紧密，制得的微纳米带电极寿命更长，若没有上述聚2-烯丙基苯酚绝缘层，则微纳米带电极的密封胶与电极基底表面易脱离，这时电极实际上是ITO大电极，而未获得微纳米带电极，溶液容易进入ITO电极表面。ITO表面修饰纳米材料后进行H2O2检测，检测效果会变差(如响应速度慢、检测灵敏度低)。
本发明中，以电极基底为工作电极，以2-烯丙基苯酚溶液为电解液，在三电极体系下通过电泳沉积。其中，所述三电极体系中的参比电极优选为Ag-AgCl电极，对电极优选为Pt电极。本发明中，仅在电极基底表面的一端沉积聚2-烯丙基苯酚绝缘层(参见图1)，可在沉积操作时进行控制，具体的，在沉积时，将电极基底垂直浸入电解液中，且仅将下部没入电解液中、上部伸出电解液即可，便在没入电解液的下端表面沉积包覆一层2-烯丙基苯酚绝缘层；其中，包覆了2-烯丙基苯酚绝缘层的一端记为包覆端，另一端记为未包覆端。
本发明中，所述电泳沉积的条件参数优选为：电压为0.5～10V，时间为1～30min。在本发明的一些实施例中，电泳沉积的电压为4V，时间为10min。
本发明中，在上述电泳沉积后，优选还进行清洗和干燥。所述清洗优选为采用去离子水清洗。所述干燥的温度优选为60～200℃，时间优选为10～120min。经上述处理，得到包覆基底。
关于步骤b)：取导线，并通过导电胶将所述导线的一端固定于所述包覆基底的未包覆端，导线的另一端沿远离所述包覆端的方向伸出包覆基底，得到中间体。
本发明中，所述导电优选为金属漆包线，即以金属丝为芯、表面包裹了漆包的导线；其中，两端裸露出金属丝。本发明中，所述导线优选为铜线、银线、铝线、金线、镍线、锌线或锡线(即包裹的金属丝为上述种类的金属丝)。
本发明中，取导线后，将导线的一端放置于步骤a)所得包覆基底的未包覆端，导线的另一端背向绝缘层沿着电极基底长度方向伸出基底(参见图2)，然后向导线与基底未包覆端的接触部粘结导电胶，通过导电胶将导线固定于电极基底上，具体是将导线一端裸露的金属丝粘结在基底上，从而得到中间体；其中，粘结了导线的一端记为导线端，未粘结导线的一端记为非导线端。
本发明中，所述导电胶优选为导电银胶、导电铜胶、导电铝胶、导电锌胶、导电铁胶、导电镍胶和石墨胶中的一种或几种。本发明中，所述导电胶的形式没有特殊限制，可以为导电胶膏、导电胶浆、导电胶涂料、导电胶带或导电胶水等。本发明中，在粘结导电胶后，优选还进行固化。本发明中，所述固化的温度没有特殊限制，室温下进行即可。所述固化的时间优选为1～24h。
关于步骤c)：将所述中间体放入两端开口的玻璃管中，其中，包覆基底完全盛装于玻璃管内，且所述中间体的非导线端的端部与玻璃管的一端开口齐平，所述导线伸出玻璃管；将与所述中间体的非导线端的端部齐平的玻璃管开口用封口膜封口，从所述玻璃管的另一端开口注入密封胶并固化，得到固化封装体。
本发明中，所述玻璃管为两端开口的玻璃管，且玻璃管的长度大于上述电极基底的长度，使电极基底能够完全盛装于玻璃管内。在本发明的一些实施例中，裁切截取内径为5mm、壁厚为1mm、长度为80mm的玻璃管。本发明中，在使用玻璃管前，优选还进行清洗和干燥。其中，所述清洗采用的清洗剂包括但不限于丙酮、乙醇和水中的一种或几种；所述清洗优选为超声清洗。所述干燥的温度优选为40～100℃。
本发明将步骤b)得到的中间体放入玻璃管内，其中，包覆基底完全盛装于玻璃管内，且所述中间体的非导线端的端部与玻璃管的一端开口齐平，其导线端粘结的导线伸出玻璃管之外(参见图2)。将上述齐平一端的玻璃管开口用封口膜封口，以免后续步骤中注入的未固化的密封胶渗漏，向玻璃管的另一端开口注入密封胶，优选灌满整个玻璃管(参见图2)。
其中，所述密封胶优选为环氧密封胶，更优选为双组份型环氧密封胶。使用方式优选如下：将A、B组分移入离心管内混匀，高速离心，再用移液枪吸取密封胶注入玻璃管内。在注入密封胶后，进行固化。本发明中，所述固化的温度没有特殊限制，室温下进行即可。所述固化的时间优选为12～48h。经固化后，得到固化封装体。本发明中，在固化后，优选去除封于玻璃管口的封口膜，再进行后续步骤。
关于步骤d)：对所述固化封装体中非导线端的端面进行抛光，得到抛光体。
本发明中，所述抛光优选包括：
S1、采用砂纸对将述固化封装体中非导线端的端面抛光成镜面；
S2、以步骤S1得到的电极为工作电极、Ag-AgCl为参比电极、Pt片为对电极，以K3[Fe(CN)6]水溶液为电解液，KCl为支持电解质，测试扫描循环伏安曲线；若所得循环伏安曲线为S形，则判为合格；若所得循环伏安曲线不是S形，则继续用砂纸抛光，直至循环伏安曲线为S形。
所述步骤S1中，优选依次采用180目、600目、1000目、2000目、3000目、5000目和7000目砂纸进行抛光至固化封装体中非导线端的端面(即电极端面)为镜面。本发明中，在上述抛光后，优选还进行清洗；所述清洗采用的清洗剂优选包括乙醇和/或水；所述清洗优选为超声清洗。
所述步骤S2中，所述K3[Fe(CN)6]水溶液的浓度优选为0.1～45mmol/L。所述KCl支持电解质在电解液体系中的浓度优选为0.1～2mol/L。步骤S2在三电极体系中测试扫描循环伏安曲线，若所得循环伏安曲线为标准S形，则判为合格；若所得循环伏安曲线不是标准S形，则继续用砂纸抛光，直至循环伏安曲线为标准S形；所述继续用砂纸抛光优选为用7000目砂纸抛光。所述循环伏安扫描的条件优选为：电势范围为0～0.6V，扫速优选为5～100mV/s。本发明中，在继续抛光后，优选还进行清洗，恢复电极本身的清洁状态，电极通过研磨抛光可以重复使用。
通过上述步骤S1-S2，能够成功制备出微纳米带电极，若不进行步骤S2的监测，循环伏安曲线没有达到标准S形，说明所制备的电极不是微纳米带电极，这时就进行后续步骤，会明显降低H2O2的检测灵敏度。
关于步骤e)：在所述抛光体的抛光面上依次进行电还原Sn膜、剥离Sn膜和沉积含金属膜，得到微纳米带电极。
本发明中，所述步骤e)优选包括：
e1)以所述抛光体为工作电极、以磷酸缓冲液为电解液，在三电极体系下进行电还原，在所述抛光体的抛光面上形成Sn膜层；之后，剥离所述Sn膜层，形成剥离面；
e2)以步骤e1)得到的电极为工作电极，在三电极体系下进行电沉积，在所述剥离面上形成含金属薄膜，得到微纳米带电极。
所述步骤e1)中：所述磷酸缓冲液的pH值优选为6.80～7.40。所述三电极体系的参比电极优选为Ag-AgCl电极，对电极优选为Pt电极。本发明将工作电极、参比电极及对电极共同插入磷酸缓冲液的电化学检测池中，将各电极连接在电化学工作站上，选择电流时间曲线法，进行电还原。其中，所述电还原的条件优选为：电压为-0.5～-5V，时间为60～1000s。经上述处理，在所述抛光体的抛光面上形成Sn膜层。
本发明中，在上述处理后，进行剥离Sn膜。本发明中，所述剥离优选为酸液浸泡剥离。所述酸液优选为硫酸溶液、盐酸溶液、硝酸溶液或王水。经剥离后，形成剥离面。
所述步骤e2)中：所述三电极体系的参比电极优选为Ag-AgCl电极，对电极优选为Pt电极。所述电沉积优选为阶跃脉冲法电沉积。所述阶跃脉冲法电沉积的条件优选为：初始电压0.1～1V，脉冲时间0.1～5s；终止电压-0.02～-0.5V，脉冲时间0.2～10s；脉冲数为50～300。
经上述电沉积处理后，在剥离面上沉积形成含金属膜层。所述含金属薄膜为金属膜、金属复合盐膜或金属氧化物膜。其中，所述金属膜优选为金膜、铂膜、银膜、铜膜或钯膜；所述金属复合盐优选为普鲁士蓝；所述金属氧化物优选为二氧化钛。以沉积金属膜为例，采用金属酸盐溶液为电解液，其中，所述金属酸盐优选为氯酸盐(如氯铂酸、氯金酸或铁基酸盐等)。所述金属酸盐溶液的浓度优选为1～20mmol/L；其中，所述铁基酸盐溶液为K3[Fe(CN)6]与FeCl3的盐酸溶液；在本发明的一些实施例中，所述铁基酸盐溶液中，HCl浓度为0.1mol/L、FeCl3浓度为2.5mol/L，K3[Fe(CN)6]浓度为2.5mol/L。
经电沉积后，便形成相应的金属薄膜。通过上述处理，得到微纳米带电极。
本发明还提供了一种上述技术方案中所述的制备方法制得的微纳米带电极。
本发明还提供了一种无酶生物传感器，其是为以上述技术方案中所述的微纳米带电极为工作电极、Ag-AgCl为参比电极、Pt片为对电极构成的三电极系统。
本发明的上述制备方法成功制备出微纳米带电极，且制备的微纳米带电极中的金属膜表面粗糙，构建的H2O2无酶生物传感器具有较大的电化学活性面积，能够明显提高H2O2的检测灵敏度。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1单面ITO线性修饰纳米带电极的制备
S1、用平板玻璃刀裁切宽3mm×长20mm的ITO电极(厚度为1.1mm)，分别用丙酮、乙醇和水各超声清洗20min，用氮气吹干。用玻璃刀截取内径5mm、壁厚1mm、长度80mm的玻璃管，分别用丙酮、乙醇和水各超声清洗20min，放入烘箱60℃干燥。
S2、将2-烯丙基苯酚加入甲醇水溶液(水∶甲醇的质量比＝1∶1)中，使2-烯丙基苯酚的浓度为0.90mmol/L，再用氨水调节体系pH为9.0～9.2，得到2-烯丙基苯酚溶液。然后，将步骤S1得到的ITO电极垂直插入2-烯丙基苯酚溶液中(ITO电极沿长度方向，有一半没入溶液中，另一半伸出溶液)，以Ag-AgCl为参比电极，Pt片为对电极，于4V恒电位下电沉积10min，在ITO电极的下半部分表面沉积聚2-烯丙基苯酚绝缘层形成。之后，取出并用去离子水冲洗干净，放入150℃烘箱干燥30min。得到包覆基底。
S3、截取100mm长的铜漆包线，两端露出铜丝，按照图1所示，一端用导电银胶粘结在步骤S1所得包覆基底的未包覆端，室温固化24h。然后，放入玻璃管中，非导电端的端面与玻璃管的一端开口齐平，且该开口用封口膜封口，之后向玻璃管的另一端开口注入环氧密封胶，加满整个玻璃管，室温固化24h。得到固化封装体。
其中，环氧密封胶为购自奥斯邦(中国)有限公司的环氧灌封胶，A组分、B组分按质量比2∶1放入50mL离心管中混匀，高速(10000rpm)离心10min，然后，用移液枪吸取该环氧灌封胶，并注入玻璃管内。
S4、依次用180目、600目、1000目、2000目、3000目、5000目和7000目砂纸将步骤S3所得固化封装体中与玻璃管开口齐平的电极端面抛光至镜面，然后分别用乙醇超声清洗三次、去离子水超声清洗三次，每次30s。
S5、以步骤S4所得抛光体为工作电极、Ag-AgCl为参比电极、Pt为对电极，以K3[Fe(CN)6]水溶液(浓度为3mM)为电解液、KCl为支持电解质(在电解液中的浓度为1M)，在该三电极体系中扫描循环伏安曲线(电势范围为0～0.6V，扫速为50mV/s)；若所得循环伏安曲线为标准S形，则判为合格；若所得循环伏安曲线不是标准S形，则继续用7000目砂纸抛光，每次抛光后依次用乙醇和二次去离子水超声清洗，直至循环伏安曲线为标准S形。完毕后，用去离子水清洗电极表面，恢复电极本身的清洁状态。
S6、以步骤S5所得电极为工作电极、Ag-AgCl为参比电极、Pt为对电极，共同插入含有磷酸缓冲液(pH＝7.0)的电化学检测池中，将各电极连接在电化学工作站上，选择电流时间曲线法，电位设置为-1.15V，电还原ITO纳米带电极200s，在其与玻璃管开口齐平的端面生成一层Sn膜。
S7、将步骤S6得到的电极浸泡在硫酸溶液中，室温下浸泡10s后，剥离Sn膜。
S8、以剥离后的电极为工作电极、Ag-AgCl为参比电极、Pt为对电极，共同插入氯金酸溶液(浓度为10mmol/L)中，选择阶跃脉冲法，参数设置为：初始电位0.5V、脉冲时间0.5s，终止电位-0.1V、脉冲时间1s，脉冲数200。运行扫描后，在ITO纳米带电极的剥离面上形成一层金薄膜，得到纳米带电极。
实施例2双面ITO线形修饰纳米带电极的制备
按照实施例1的制备过程进行，不同的是，把导电材料替换为双面ITO，2-烯丙基苯酚电泳沉积15min；电沉积液氯金酸换为氯铂酸(浓度为10mmol/L)。
实施例3单面ITO线形修饰阵列纳米带电极的制备
按照实施例1的制备过程进行，不同的是，将2-烯丙基苯酚电泳沉积的3片ITO同时放入玻璃管中，用密封胶固化；电沉积液氯金酸换为铁基酸盐溶液，包括：0.1mol/L HCl，2.5mol/L FeCl3，2.5mol/L K3[Fe(CN)6]。
其中，3片ITO的排列方式为：等距离平行排列；参见图3，图3为实施例3中ITO片的排列示意图。
实施例4单面FTO线形修饰纳米带电极的制备
按照实施例1的制备过程进行，不同的是，将导电材料替换为单面FTO，2-烯丙基苯酚电泳沉积20min。
实施例5曲面PET-FTO线形修饰纳米带电极的制备
按照实施例1的制备过程进行，不同的是，将导电材料替换为PET基FTO复合材料，并且将其弯成曲面，以增大电极面积，2-烯丙基苯酚电泳沉积30min；电沉积液氯金酸换为氯铂酸(浓度为10mmol/L)。
实施例6曲面PET-FTO线形修饰纳米带电极的制备
按照实施例1的制备过程进行，不同的是，将导电材料替换为PET基FTO复合材料，并且将其卷曲多圈，以增大电极面积；电沉积液氯金酸换为铁基酸盐溶液，包括：0.1mol/LHCl，2.5mol/L FeCl3，2.5mol/L K3[Fe(CN)6]。
实施例7
1.1无酶传感器的制备
以微纳米带电极为工作电极、Ag-AgCl为参比电极、Pt片为对电极构成的三电极系统，即为无酶传感器。
1.2H2O2的检测
检测对象：H2O2；
检测方式及条件：室温下，在搅拌速度为300r/min条件下，在装有10mL pH 6.0的0.1mol/L的磷酸缓冲溶液的烧杯中安装三电极系统：以实施例3制备的微纳米带电极为工作电极，Ag-AgCl为参比电极，Pt片为对电极，在CHI 832B电化学工作站上进行电化学检测。用移液器依次加入10μL不同浓度的H2O2稀释溶液，以得到在保持对缓冲液体积影响不大的情况下，传感器对体系中H2O2浓度变化的电流响应。电化学工作站用电流计时法记录电流随时间变化情况，作出电流与H2O2浓度的线性关系，得到线性范围，检测限，灵敏度，响应时间等。在电化学测试中始终保持氮气气氛。
检测结果显示：相对裸电极，修饰电极对H2O2氧化还原有催化作用(参见图4，图4为实施例7中检测修饰电极对H2O2催化作用的效果图)。检测的线性范围为0.012～0.97mmol/L，检测限为0.0082mmol/L(参见图5，图5为实施例7中线性范围及检测限的效果图；其中，图5A为电流与时间的变化关系图，图5B为电流与浓度的变化关系图)。
在电化学检测H2O2过程中，分别加入100倍浓度的电活性物质氯化钠(NaCl)，葡萄糖(Glu)，抗坏血酸(AA)，多巴胺(DA)、尿酸(UA)，发现几乎没有干扰传感器的电流响应，说明该传感器在工作电位下可以有效地避免以上电活性物质的信号干扰(参见图6，图6为实施例7中电活性物质对信号干扰的测试效果图)。
检测结果显示，响应时间较快，还原电流达到稳态电流值95％时所需时间小于5s。检测灵敏度为1.149μA·(mmol/L)-1。将同一个无酶传感器对10个0.1mmol/L的H2O2样品进行检测，标准偏差为3.5％。将上述微纳米带电极在4℃下于缓冲溶液中保存3周后，其还原峰电流仅仅下降了5.2％。以上结果说明该无酶生物传感器具有良好的重现性和稳定性。
对其它实施例制备的微纳米带电极进行上述检测，结果与实施例3所得微纳米带电极的效果类似，所得微纳米带电极对H2O2氧化还原有催化作用，检测灵敏，能够有效避免其它电活性物质的干扰，且重现性和稳定性良好。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。