基于有序Au納米線陣列的葡萄糖電化學(xué)生物傳感器的制備及性能研究.pdf

1、本論文以高度有序Au納米線陣列為平臺(tái)，采用不同的制備技術(shù)將葡萄糖氧化酶負(fù)載于Au納米線陣列表面構(gòu)筑高靈敏度的葡萄糖電化學(xué)生物傳感器。一方面，選取合適的AAO模板和電解液，以AAO模板結(jié)合電沉積技術(shù)制備高度有序Au納米線陣列;結(jié)果表明，相對(duì)于由H3BO3和HAuCl4組成酸液電解液而言，以EDTA，Na2SO3，K2HPO4和HAuCl4所組成的堿性電解液所制備的Au納米線具有規(guī)則的形貌和粗糙的表面，更加有利于葡萄糖氧化酶的負(fù)載和所制備的

2、葡萄糖電化學(xué)生物傳感器的穩(wěn)定性。另一方面，研究了不同制備技術(shù)對(duì)所制備的葡萄糖電化學(xué)生物傳感器性能的影響，對(duì)不同制備技術(shù)條件下影響生物傳感器性能的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化與分析，從而提高生物傳感器對(duì)葡萄糖檢測(cè)的性能，并結(jié)合FIA技術(shù)進(jìn)一步提高傳感器的檢測(cè)效率，其具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　 首先，利用Au納米線陣列大比表面積的特性，采用物理吸附法將葡萄糖氧化酶(GOx)吸附于Au納米線陣列表面，并以全氟磺酸樹(shù)脂(Nafion)覆蓋于GOx修飾后的

3、Au納米線陣列表面以提高葡萄糖電化學(xué)生物傳感器的穩(wěn)定性。分別通過(guò)SEM、TEM、XRD以及CV對(duì)Au納米線陣列的形貌、微觀結(jié)構(gòu)和電活性表面積進(jìn)行表征，利用FITR對(duì)以Nafion包覆的GOx進(jìn)行表征。對(duì)浸漬時(shí)間、GOx濃度、Nafion濃度以及電沉積時(shí)間等制備參數(shù)以及其測(cè)試參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，改善所制備的生物傳感器對(duì)葡萄糖的電流響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高度有序Au納米線陣列具有很高的電活性表面積，能夠有效地加速反應(yīng)過(guò)程中的電子傳遞。基于Nafio

4、n-GOx-AuNWAs的葡萄糖生物傳感器對(duì)葡萄糖的檢測(cè)具有高靈敏度(258.8μA·cm-2·mM-1)，線性范圍寬(10-3270μmol/L)，低檢測(cè)極限(0.2μmol/L)，高的穩(wěn)定性及抗干擾能力好等性能;同時(shí)采用物理吸附法制備的葡萄糖生物傳感器具有較好的酶動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，其Michaelis-Menten常數(shù)K(sppm)為5.8mM。
　　 其次，以電聚合吡咯的方式將GOx包埋于Au納米線陣列表面的聚吡咯膜中制備葡萄糖

5、電化學(xué)生物傳感器。采用SEM以及TEM對(duì)Au納米線的形貌進(jìn)行觀察，通過(guò)電聚合吡咯過(guò)程中的電勢(shì)-時(shí)間曲線以及電化學(xué)交流阻抗譜(EIS)對(duì)GOx在聚吡咯膜中的負(fù)載情況進(jìn)行分析，以吡咯單體為電解液和吡咯單體/GOx混合液為電解液進(jìn)行電聚合生長(zhǎng)曲線可以判斷GOx被成功包埋于聚吡咯膜中，同時(shí)，不同電極的電化學(xué)交流阻抗譜對(duì)此進(jìn)一步確認(rèn)了GOx可以通過(guò)電聚合的方式而被負(fù)載于Au納米線陣列表面。在對(duì)其制備參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)之上，在一定程度改善了生物傳感器的

6、性能，基于電聚合法制備的葡萄電化學(xué)生物傳感器的靈敏度可達(dá)183.3μA·cm-2·mM-1，線性范圍較寬為10-6140μmol/L，檢測(cè)極限為0.5μmol/L。
　　 再者，利用GLA和BSA共交聯(lián)法將GOx固定于Au納米線陣列表面構(gòu)筑葡萄糖電化學(xué)生物傳感器.分別利用SEM和TEM對(duì)Au納米線陣列進(jìn)行表征，并通過(guò)CV和EIS對(duì)基于交聯(lián)法制備的葡萄糖電化學(xué)生物傳感器的傳質(zhì)特性和界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究.以計(jì)時(shí)電流法對(duì)不同的GLA濃度、

7、BSA濃度、GOx濃度等參數(shù)條件下制備的葡萄糖電化學(xué)生物傳感器的性能進(jìn)行優(yōu)化，電流響應(yīng)結(jié)果顯示，GLA-BSA-GOx-AuNWAs葡萄糖生物傳感器對(duì)葡萄糖檢測(cè)顯示了較高的檢測(cè)性能，其靈敏度高達(dá)379.0μA·cm-2·mM-1，線性范圍為5-5000μmol/L，檢測(cè)極限達(dá)0.05μmol/L。傳感器穩(wěn)定性研究結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)一個(gè)月的保存之后，該葡萄糖生物傳感器仍保留90％的原始電流響應(yīng)，顯示傳感器具有較好的穩(wěn)定性。為了克服葡萄糖電化學(xué)

8、生物傳感器對(duì)測(cè)試溶液中溶氧的依賴(lài)，改善葡萄糖電化學(xué)生物傳感器的電流響應(yīng)以及穩(wěn)定性，以交聯(lián)法制備葡萄糖生物傳感器過(guò)程中引入電子介體，將GOx與K3Fe(CN)6共同固定于Au納米線陣列表面與納米線之間。通過(guò)在常規(guī)測(cè)試環(huán)境和無(wú)氧測(cè)試環(huán)境中對(duì)不同條件下制備的葡萄糖電化學(xué)生物傳感器的電流響應(yīng)對(duì)K3Fe(CN)6的引入對(duì)生物傳感器性能的作用進(jìn)行分析，葡萄糖電化學(xué)生物傳感器的構(gòu)筑過(guò)程中引入鐵氰化鉀。一方面K3Fe(CN)6與O2共同作為葡萄糖催化反

9、應(yīng)過(guò)程中的電子受體，提高生物傳感器的電流響應(yīng)，另一方面，當(dāng)測(cè)試溶液中的溶氧濃度不足或受到外界干擾時(shí)，K3Fe(CN)6將代替溶氧作為葡萄糖氧化酶催化葡萄糖反應(yīng)過(guò)程中的電子受體，保證對(duì)葡萄糖檢測(cè)的穩(wěn)定性。由于K3Fe(CN)6的引入改變了GOx在Au納米線陣列中存在的微環(huán)境，從而使制備參數(shù)對(duì)傳感器性能的影響發(fā)生了較大的改變，在參數(shù)重新優(yōu)化的基礎(chǔ)之上，相對(duì)于無(wú)電子介體的葡萄糖生物傳感器而言，基于電子介體的葡萄糖電化學(xué)生物傳感的性能獲得極大改

10、善，所制備傳感器的靈敏度高達(dá)548.1μA·cm-2·mM-1，線性范圍為2.5-5400μmol/L，其理論檢測(cè)極限為0.04μmol/L。與此同時(shí)，傳感器具有良好的酶動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，其Michaelis-Menten常數(shù)K(sppm)為5.6mM。
　　 最后將基于Au納米線陣列的葡萄糖生物傳感器與流動(dòng)注射分析（FIA）技術(shù)相結(jié)合，一方面基于Au納米線陣列的葡萄糖生物傳感器自身具有良好的綜合性能，另一方面，F(xiàn)IA技術(shù)是一種非平衡