制好的溶液中加入石墨烯、单壁碳纳米管、纳米金粒子中的一种或多种，经过0.5?2小时的搅拌制得混合溶液；
[0036]3)核层溶液的配制:以无水乙醇、冰醋酸中的一种或两种为溶剂，制备质量浓度为3?10%的聚乙烯吡咯烷酮聚合物溶液；加入石墨粉并搅拌均匀，或进一步加入二苯乙炔而制成核层纺丝液；其中，所述二苯乙炔的质量浓度为2%?20% ;所述石墨粉的质量浓度为3?15% ;
[0037]4)将步骤2)和3)中配制好的混合溶液分别装入注射器中，将注射器固定于注射栗上，根据聚合物溶液和聚合物混合溶液在同轴电极层中的不同位置，依次接好同轴分层电纺针头上的对应接口 ；以流量0.5mL/h?2.0mL/h,电压为10kv?30kv，在转框型接收电极上采集纺丝纤维单丝；静电纺丝针头到接收电极的距离为10?30cm，纺丝结束后置于干燥箱中进行干燥后备用。
[0038]进一步的，本发明还提供所述核-壳型超微电极及其制备方法。
[0039]本发明所述的核-壳型超微电极包括上述核-壳型超微电极纤维。
[0040]所述核-壳型超微电极的制备方法包括上述步骤1)?4)，其进一步包括步骤5)，将同轴电极纤维单丝置于玻璃毛细管中，然后使用粘结剂将其固定密封于毛细管的细端；通过毛细管的粗端注入液态汞，插入铜丝电极后将另一端用粘结剂密封，得到封装后的超微电极。
[0041]步骤5)中，所述粘接剂可采用电极制备领域常用的各种粘接剂，如环氧树脂等。
[0042]特别的，本发明所述的核-壳型超微电极纤维的制备方法中还涉及一种同轴静电纺丝装置，所述装置包括同轴分层电纺针头、供液系统、接收装置以及高压静电发生器，其中，所述同轴分层电纺针头是同轴、分层、中空的圆柱锥状，锥尖与电场方向平行；所述分层包括分2层或分3层。
[0043]其中，所述同轴分层电纺针头中，所述2层结构内管内径0.2?0.3mm,内管外径
0.4?0.5mm ;外管内径0.8?1.0mm ；内外管的间距0.3?0.6mm ；
[0044]所述3层结构内管内径0.2?0.3mm,内管外径0.4?0.5mm ;中管内径0.8?
1.0mm ;中管外径1.6?1.8mm ；内中管的间距0.3?0.6mm ;外管内径2.2?2.5mm ;中外管的间距0.4?0.9臟。
[0045]所述锥尖的截面夹角为30°?60° ;所述圆锥的高度为5mm?20mm ;所述圆柱的高度为10mm?200mm。
[0046]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0047]1.通过同轴静电纺丝的方法制备超微电极，可以实现核心电极层和功能传感层的一次成型，避免了繁琐的电极表面修饰过程；并且其较低的后续处理温度将有助于保留有机功能组分的性质与结构，这对于超微电极的多元化设计具有重要的意义。
[0048]2.基于同轴电纺工艺的特点，即同轴电纺特别适合那些核层材料因自身可纺性差而无法通过电纺形成纤维的情况，因此，本方法对于核层材料的可选择范围更广。
[0049]3.通过同轴静电纺丝制备超微电极，具有制备方法简单，纤维直径、壳层厚度、核心电极基层厚度可控范围宽，并能进行批量化生产。
[0050]4.所制备的超微电极具有响应速度快、灵敏度高、抗干扰能力强的优点，特别适合于在线的快速测定，尤其适用于活体细胞中的实时无损测定。以ATP超微电极为例，检测结果显示，电极的氧化峰电流不仅在1.0nM?870 μΜ范围内与ATP浓度成线性关系，而且其检测下限为0.28ηΜ。此外，该电极的抗干扰性较强，通常与ΑΤΡ —起共存的化合物，例如尿酸、抗坏血酸、三磷酸鸟苷，不会影响电极对ΑΤΡ的测量。
【附图说明】
[0051]图1为双层同轴静电纺丝的装置图；
[0052]其中:1.注射器、2.同轴静电纺丝针头(双层)、3.直流高压电源、4.收集屏。装置中的注射器连接注射栗，注射栗主要用于控制注射器的推进速率，进而调节纺丝溶液的流速。
[0053]图2为双层同轴静电纺丝针头结构；其中(a)为侧面剖视图；(b)为仰视剖面图；
[0054]图3为三层同轴静电纺丝的装置图；其中:1.注射器、2.同轴静电纺丝针头(三层)、3.直流高压电源、4.收集屏。
[0055]图4为三层同轴静电纺丝针头结构；其中(a)为侧面剖视图；(b)为仰视剖面图；
[0056]图5为核壳型超微电极纤维结构示意图；中间的电极层12为核层，外面的功能化传感层11为壳层。
[0057]图6为核壳型超微电极纤维的SEM照片；其直径在40?60nm左右。
[0058]图7为核壳型超微电极纤维与纳米生物传感器封装结构剖视图。其中:13.超微电极纤维、14.粘接剂(环氧树脂)、15.玻璃毛细管、16.汞、17.铜丝。
【具体实施方式】
[0059]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0060]本发明所制备的同轴超微电极包括三种类型，其中实施例1?5为ATP超微电极，6?7为多巴胺超微电极，8为肾上腺激素超微电极。ATP超微电极使用双层同轴静电纺丝装置(如图1所示)，多巴胺和肾上腺激素超微电极使用3层同轴静电纺丝装置(如图3所示)Ο
[0061]同轴静电纺丝装置由直流高压电源、注射器(包括注射栗)、同轴针头、收集屏等构成。其中的关键设备是同轴针头，其内部结构如图2、4所示。本项目所使用的2层同轴静电纺丝的针头的底面直径为:内管内径0.2?0.3mm,内管外径0.4?0.5mm ;外管内径0.8?1.0mm ；3层同轴静电纺丝的针头的内管内径0.2?0.3mm,内管外径0.4?0.5mm ；中管内径0.8?1.0mm,中管外径1.6?1.8mm,内中管的间距0.3?0.6mm。外管内径2.2?2.5mm。中外管的间距0.4?0.9mm。通过调节内外喷嘴的间隙可保证纺丝溶液能够顺利流出。装置中的注射栗主要用于控制注射器的推进速率，进而调节纺丝溶液的流速。
[0062]实施例1:
[0063]本实施例中所制备的ATP传感器为核、壳双层结构；其核层由聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和石墨粉构成，壳层由明胶和石墨烯构成。PVP在核层中起塑化成型作用，石墨粉起电子传递作用。明胶在壳层中起到塑化成型的作用，其分子结构富含羰基和醚基，可对目标检测物(ATP)起到一定的筛选富集作用。石墨烯是壳层第二组分，其巨大的比表面积和良好的导电性有利于ATP的附着和提尚ATP与石墨稀之间的电子传递效率。
[0064]核层溶液的配制:将lg的聚乙烯吡咯烷酮(PVP ；MW= 1，300, 000)加入21mL无水乙醇中，再加入7mL冰醋酸，搅拌3?5小时，制得质量浓度为4 %的PVP溶液。为了提高电极中电子的输运能力，向配制好的核层溶液中加入1.0g的超细石墨粉(平均粒径为1.2微米)，搅拌1小时制得核层纺丝溶液。
[0065]壳层溶液的配制:将lg的明胶加入8.3mL三氟乙醇中，搅拌1小时，制得质量浓度为8%的明胶溶液。向配制好的溶液中加入0.3g的石墨烯，经过2小时的搅拌制得壳层纺丝溶液。此溶液用于制备功能化传感层。
[0066]同轴超微电极纤维的制备:将配制好的核层和壳层纺丝溶液分别装入两只5mL注射器中，分别将注射器固定于2台注射栗(保定兰格，单推注射栗LSP04-1A)上。根据混合溶液在同轴电极层中的不同位置，依次接好同轴电纺针头上的对应接口，如图1所示。使用注射栗将上述内芯纺丝液从内针管以0.5mL/h的速度推出，壳层纺丝液从内/外针管间的间隙以1.0mL/h的速度推出，在温度为25?30°C、相对湿度为5?10%的环境中，在19kV的电压的条件下开始静电纺丝。用转速为20?300rpm的转框接收，并将接收距离控制在15cm。纺丝时间达到2秒后，得到附着聚合物纳米纤维的金属转框。
[0067]同轴超微电极纤维的后续处理:将附着聚合物纳米纤维的金属转框放置于鼓风干燥箱(上海一恒，DHG-9053A，含多段可编程温度控制器)内在空气气氛、从室温升至70°C进行热处理。升温速度为5°C/min，保温时间为20分钟。自然冷却至室温，得到热处理后的同轴纳米纤维电极。
[0068]同轴超微电极的封装:使用显微操作系统将收集到超微电极纤维单丝置于玻璃毛细管细端中(插入深度为3?5cm)，使用环氧树脂将其固定密封；静置2h，待环氧树脂完全固化后，通过毛细管的粗端注入液态汞，汞液的注入量要超过毛细管容积的90%，插入铜丝电极(插入深度大于5cm)后用环氧树脂将其粗端密封，得到封装后的超微电极，其结构如图5所示。
[0069]应用结果:将本实施例所制备的超微电极应用于ATP及其同系物(三磷酸鸟苷)的检测，检测结果显示，电极的氧化峰电流在15nM?900 μΜ范围内与ΑΤΡ浓度成线性关系，但其核心电极层中的电阻偏大，导致检测下限较高，为ΙΟηΜ。因此，增加核心电极层的导电性至为关键。
[0070]实施例2:
[0071]本实施例中所制备的ATP传感器为核、壳双层结构，其核层的组成在实施例1 (PVP 石墨粉)的基础上，通过添加一定量的二苯乙炔以改善核层中导电相的致密度和电子传输速率，进而提高传感器的检测精度。
[0072]核层溶液的配制:
[0036]3)核层溶液的配制:以无水乙醇、冰醋酸中的一种或两种为溶剂，制备质量浓度为3?10%的聚乙烯吡咯烷酮聚合物溶液；加入石墨粉并搅拌均匀，或进一步加入二苯乙炔而制成核层纺丝液；其中，所述二苯乙炔的质量浓度为2%?20% ;所述石墨粉的质量浓度为3?15% ;
[0037]4)将步骤2)和3)中配制好的混合溶液分别装入注射器中，将注射器固定于注射栗上，根据聚合物溶液和聚合物混合溶液在同轴电极层中的不同位置，依次接好同轴分层电纺针头上的对应接口 ；以流量0.5mL/h?2.0mL/h,电压为10kv?30kv，在转框型接收电极上采集纺丝纤维单丝；静电纺丝针头到接收电极的距离为10?30cm，纺丝结束后置于干燥箱中进行干燥后备用。
[0038]进一步的，本发明还提供所述核-壳型超微电极及其制备方法。
[0039]本发明所述的核-壳型超微电极包括上述核-壳型超微电极纤维。
[0040]所述核-壳型超微电极的制备方法包括上述步骤1)?4)，其进一步包括步骤5)，将同轴电极纤维单丝置于玻璃毛细管中，然后使用粘结剂将其固定密封于毛细管的细端；通过毛细管的粗端注入液态汞，插入铜丝电极后将另一端用粘结剂密封，得到封装后的超微电极。
[0041]步骤5)中，所述粘接剂可采用电极制备领域常用的各种粘接剂，如环氧树脂等。
[0042]特别的，本发明所述的核-壳型超微电极纤维的制备方法中还涉及一种同轴静电纺丝装置，所述装置包括同轴分层电纺针头、供液系统、接收装置以及高压静电发生器，其中，所述同轴分层电纺针头是同轴、分层、中空的圆柱锥状，锥尖与电场方向平行；所述分层包括分2层或分3层。
[0043]其中，所述同轴分层电纺针头中，所述2层结构内管内径0.2?0.3mm,内管外径
0.4?0.5mm ;外管内径0.8?1.0mm ；内外管的间距0.3?0.6mm ；
[0044]所述3层结构内管内径0.2?0.3mm,内管外径0.4?0.5mm ;中管内径0.8?
1.0mm ;中管外径1.6?1.8mm ；内中管的间距0.3?0.6mm ;外管内径2.2?2.5mm ;中外管的间距0.4?0.9臟。
[0045]所述锥尖的截面夹角为30°?60° ;所述圆锥的高度为5mm?20mm ;所述圆柱的高度为10mm?200mm。
[0046]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0047]1.通过同轴静电纺丝的方法制备超微电极，可以实现核心电极层和功能传感层的一次成型，避免了繁琐的电极表面修饰过程；并且其较低的后续处理温度将有助于保留有机功能组分的性质与结构，这对于超微电极的多元化设计具有重要的意义。
[0048]2.基于同轴电纺工艺的特点，即同轴电纺特别适合那些核层材料因自身可纺性差而无法通过电纺形成纤维的情况，因此，本方法对于核层材料的可选择范围更广。
[0049]3.通过同轴静电纺丝制备超微电极，具有制备方法简单，纤维直径、壳层厚度、核心电极基层厚度可控范围宽，并能进行批量化生产。
[0050]4.所制备的超微电极具有响应速度快、灵敏度高、抗干扰能力强的优点，特别适合于在线的快速测定，尤其适用于活体细胞中的实时无损测定。以ATP超微电极为例，检测结果显示，电极的氧化峰电流不仅在1.0nM?870 μΜ范围内与ATP浓度成线性关系，而且其检测下限为0.28ηΜ。此外，该电极的抗干扰性较强，通常与ΑΤΡ —起共存的化合物，例如尿酸、抗坏血酸、三磷酸鸟苷，不会影响电极对ΑΤΡ的测量。
【附图说明】
[0051]图1为双层同轴静电纺丝的装置图；
[0052]其中:1.注射器、2.同轴静电纺丝针头(双层)、3.直流高压电源、4.收集屏。装置中的注射器连接注射栗，注射栗主要用于控制注射器的推进速率，进而调节纺丝溶液的流速。
[0053]图2为双层同轴静电纺丝针头结构；其中(a)为侧面剖视图；(b)为仰视剖面图；
[0054]图3为三层同轴静电纺丝的装置图；其中:1.注射器、2.同轴静电纺丝针头(三层)、3.直流高压电源、4.收集屏。
[0055]图4为三层同轴静电纺丝针头结构；其中(a)为侧面剖视图；(b)为仰视剖面图；
[0056]图5为核壳型超微电极纤维结构示意图；中间的电极层12为核层，外面的功能化传感层11为壳层。
[0057]图6为核壳型超微电极纤维的SEM照片；其直径在40?60nm左右。
[0058]图7为核壳型超微电极纤维与纳米生物传感器封装结构剖视图。其中:13.超微电极纤维、14.粘接剂(环氧树脂)、15.玻璃毛细管、16.汞、17.铜丝。
【具体实施方式】
[0059]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0060]本发明所制备的同轴超微电极包括三种类型，其中实施例1?5为ATP超微电极，6?7为多巴胺超微电极，8为肾上腺激素超微电极。ATP超微电极使用双层同轴静电纺丝装置(如图1所示)，多巴胺和肾上腺激素超微电极使用3层同轴静电纺丝装置(如图3所示)Ο
[0061]同轴静电纺丝装置由直流高压电源、注射器(包括注射栗)、同轴针头、收集屏等构成。其中的关键设备是同轴针头，其内部结构如图2、4所示。本项目所使用的2层同轴静电纺丝的针头的底面直径为:内管内径0.2?0.3mm,内管外径0.4?0.5mm ;外管内径0.8?1.0mm ；3层同轴静电纺丝的针头的内管内径0.2?0.3mm,内管外径0.4?0.5mm ；中管内径0.8?1.0mm,中管外径1.6?1.8mm,内中管的间距0.3?0.6mm。外管内径2.2?2.5mm。中外管的间距0.4?0.9mm。通过调节内外喷嘴的间隙可保证纺丝溶液能够顺利流出。装置中的注射栗主要用于控制注射器的推进速率，进而调节纺丝溶液的流速。
[0062]实施例1:
[0063]本实施例中所制备的ATP传感器为核、壳双层结构；其核层由聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和石墨粉构成，壳层由明胶和石墨烯构成。PVP在核层中起塑化成型作用，石墨粉起电子传递作用。明胶在壳层中起到塑化成型的作用，其分子结构富含羰基和醚基，可对目标检测物(ATP)起到一定的筛选富集作用。石墨烯是壳层第二组分，其巨大的比表面积和良好的导电性有利于ATP的附着和提尚ATP与石墨稀之间的电子传递效率。
[0064]核层溶液的配制:将lg的聚乙烯吡咯烷酮(PVP ；MW= 1，300, 000)加入21mL无水乙醇中，再加入7mL冰醋酸，搅拌3?5小时，制得质量浓度为4 %的PVP溶液。为了提高电极中电子的输运能力，向配制好的核层溶液中加入1.0g的超细石墨粉(平均粒径为1.2微米)，搅拌1小时制得核层纺丝溶液。
[0065]壳层溶液的配制:将lg的明胶加入8.3mL三氟乙醇中，搅拌1小时，制得质量浓度为8%的明胶溶液。向配制好的溶液中加入0.3g的石墨烯，经过2小时的搅拌制得壳层纺丝溶液。此溶液用于制备功能化传感层。
[0066]同轴超微电极纤维的制备:将配制好的核层和壳层纺丝溶液分别装入两只5mL注射器中，分别将注射器固定于2台注射栗(保定兰格，单推注射栗LSP04-1A)上。根据混合溶液在同轴电极层中的不同位置，依次接好同轴电纺针头上的对应接口，如图1所示。使用注射栗将上述内芯纺丝液从内针管以0.5mL/h的速度推出，壳层纺丝液从内/外针管间的间隙以1.0mL/h的速度推出，在温度为25?30°C、相对湿度为5?10%的环境中，在19kV的电压的条件下开始静电纺丝。用转速为20?300rpm的转框接收，并将接收距离控制在15cm。纺丝时间达到2秒后，得到附着聚合物纳米纤维的金属转框。
[0067]同轴超微电极纤维的后续处理:将附着聚合物纳米纤维的金属转框放置于鼓风干燥箱(上海一恒，DHG-9053A，含多段可编程温度控制器)内在空气气氛、从室温升至70°C进行热处理。升温速度为5°C/min，保温时间为20分钟。自然冷却至室温，得到热处理后的同轴纳米纤维电极。
[0068]同轴超微电极的封装:使用显微操作系统将收集到超微电极纤维单丝置于玻璃毛细管细端中(插入深度为3?5cm)，使用环氧树脂将其固定密封；静置2h，待环氧树脂完全固化后，通过毛细管的粗端注入液态汞，汞液的注入量要超过毛细管容积的90%，插入铜丝电极(插入深度大于5cm)后用环氧树脂将其粗端密封，得到封装后的超微电极，其结构如图5所示。
[0069]应用结果:将本实施例所制备的超微电极应用于ATP及其同系物(三磷酸鸟苷)的检测，检测结果显示，电极的氧化峰电流在15nM?900 μΜ范围内与ΑΤΡ浓度成线性关系，但其核心电极层中的电阻偏大，导致检测下限较高，为ΙΟηΜ。因此，增加核心电极层的导电性至为关键。
[0070]实施例2:
[0071]本实施例中所制备的ATP传感器为核、壳双层结构，其核层的组成在实施例1 (PVP 石墨粉)的基础上，通过添加一定量的二苯乙炔以改善核层中导电相的致密度和电子传输速率，进而提高传感器的检测精度。
[0072]核层溶液的配制:
再多了解一些
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