基于納米結(jié)構(gòu)的葡萄糖生物傳感器的制備及性能研究.pdf

1、本文以Au納米線陣列和石墨烯為研究對(duì)象,分別采用物理吸附法和由戊二醛(GLA)、牛血清白蛋白(BSA)和葡萄糖氧化酶(GOx)組成的交聯(lián)液方法修飾納米結(jié)構(gòu)電極。分別研究了基于高度有序 Au納米線陣列,還原石墨烯以及石墨烯修飾Au納米線陣列復(fù)合結(jié)構(gòu)的葡萄糖生物傳感器的制備方法及其性能研究。此外,對(duì)于檢測(cè)電位和納米線直徑對(duì)傳感器性能的影響做了討論,還探討了基于直接電子轉(zhuǎn)移的第三代生物傳感器的機(jī)理。最后將流動(dòng)注射分析(FIA)技術(shù)引入傳感器研

2、究,進(jìn)一步提高傳感器性能。文中具體研究結(jié)果如下:
　　通過(guò)電化學(xué)沉積方法在具有高度有序孔洞結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極氧化鋁模板(AAO)內(nèi)制得Au納米線陣列,還可以通過(guò)控制AAO模板的孔徑控制納米線的直徑。采用交聯(lián)法在納米線表面固定生物酶,交聯(lián)液的成分為4.5 v/v％GLA,4.8 w/v%BSA,200 U/mL GOx。SEM表征結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),通過(guò)控制溶液的量可以將交聯(lián)液均勻地覆蓋在納米線表面,并且呈現(xiàn)疏松多孔的結(jié)構(gòu),有利于和溶液最大程度地反應(yīng)

3、。通過(guò)改變擴(kuò)孔時(shí)間控制Au納米線直徑并測(cè)試傳感器性能,結(jié)果顯示擴(kuò)孔時(shí)間10 min,直徑約80 nm的Au納米線陣列制得的葡萄糖傳感器性能最好。在不同電壓下測(cè)試傳感器性能,發(fā)現(xiàn)在+0.7 V下響應(yīng)最高。
　　采用化學(xué)法還原制備石墨烯,并將其均勻地修飾在金電極表面,干燥完全之后再用物理吸附的方法修飾GOx,最后在表面覆蓋一層全氟磺酸(Nafion)作為保護(hù)層。所制得的傳感器在除氧的磷酸鹽緩沖液(PBS)中測(cè)試循環(huán)伏安(CV)時(shí)出現(xiàn)一

4、對(duì)準(zhǔn)可逆的氧化還原峰,進(jìn)一步通過(guò)計(jì)算掃速和峰電流的關(guān)系確認(rèn),這是GOx活性中心黃素腺嘌呤二核甘酸(FAD)的氧化還原過(guò)程,也就說(shuō)明該修飾電極實(shí)現(xiàn)了GOx的直接電化學(xué)過(guò)程。進(jìn)而,通過(guò)比較傳感器在不同氣氛環(huán)境的PBS中CV曲線,對(duì)第三代生物傳感器的檢測(cè)機(jī)理進(jìn)行了分析。最后結(jié)合檢測(cè)機(jī)理,通過(guò)CV響應(yīng)來(lái)對(duì)葡萄糖進(jìn)行檢測(cè)。
　　采用電吸附的方法將石墨烯修飾到Au納米線陣列的表面,通過(guò)掃描電子顯微鏡,X射線光電子能譜儀等設(shè)備對(duì)電極進(jìn)行了表征,

5、結(jié)果顯示石墨烯很均勻地修飾在納米線表面。在測(cè)試電極對(duì)過(guò)氧化氫的催化能力時(shí)發(fā)現(xiàn)這種基于納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的電極表現(xiàn)出了對(duì)過(guò)氧化氫很好的催化能力。將該電極固載GOx后與分別基于金納米線、石墨烯的傳感器進(jìn)行性能比較,發(fā)現(xiàn)在正電位下其響應(yīng)要高于后兩者。最終檢測(cè)的靈敏度為40.25?A?mM-1?cm-2,線性范圍0.02 mmol/L到3 mmol/L。
　　將辣根過(guò)氧化氫酶(HRP)和GOx同時(shí)加入到交聯(lián)液中修飾在Au納米線表面,并且采用流動(dòng)

6、注射分析(FIA)的方法進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果顯示該型傳感器可以在0.05 V的低電位下對(duì)葡萄糖產(chǎn)生很好的響應(yīng)。對(duì)交聯(lián)液成分,流動(dòng)注射參數(shù)對(duì)傳感器性能的影響也分別進(jìn)行了討論,結(jié)果顯示交聯(lián)液成分為4.5 v/v% GLA,3.6% w/v BSA,200 U/mL GOx,40 U/mL HRP時(shí)傳感器性能最好,流動(dòng)注射進(jìn)樣時(shí)間40s,轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)每分鐘的時(shí)候響應(yīng)最好。最終經(jīng)測(cè)試靈敏度達(dá)到25.34?A·mM-1·cm-2,線性范圍5?mol/L到