納米材料固定化酶體系的構(gòu)筑及其在電化學(xué)傳感器中的應(yīng)用.pdf

1、本文通過兩種途徑以克服酶的純化、分離過程復(fù)雜，成本昂貴，長期穩(wěn)定性差，與底物以及產(chǎn)物不易分離，無法重復(fù)利用等缺陷。一是通過酶固定化方法，改善酶的穩(wěn)定性及重復(fù)利用性。為此，本文選用納米氧化鋅（ZnO）和化學(xué)還原氧化石墨烯（CRGO）為酶固定化載體材料，構(gòu)建了兩種新型的納米材料固定化酶體系。研究了所構(gòu)筑的固定化酶體系中納米材料與酶的作用機(jī)理以及材料對固定化酶催化性質(zhì)和物理化學(xué)性質(zhì)的影響。同時，利用納米材料固定化酶制備出了電化學(xué)生物傳感器。另

2、一途徑是設(shè)計并制備生物酶模擬物。該論文的具體研究內(nèi)容及主要結(jié)果如下：
　?。?）不同形貌的ZnO納米材料用于酶的固定化體系的構(gòu)筑。通過調(diào)節(jié)水熱法制備過程中溶劑甲醇與水的比例，可控合成出了不同形貌的ZnO納米顆粒，包括納米球、納米片、納米多枝杈等。利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）和正硅烷（TEOS）對ZnO納米材料表面進(jìn)行了氨基功能化修飾。以戊二醛為交聯(lián)劑，成功地將辣根過氧化物酶（HRP）通過化學(xué)鍵合的方法固在于氨基化的納

3、米ZnO材料表面。同時，研究了ZnO納米粒子形貌對HRP固載的影響，發(fā)現(xiàn)三種不同形貌納米ZnO材料達(dá)到最大酶固載量時所用戊二醛的量不同；HRP固載量以及固定化酶動力學(xué)參數(shù)也因載體材料形貌的不同而有差別；納米材料的形貌對酶的固載量以及固定化酶的動力學(xué)參數(shù)都有著重要的影響。
　　（2）氧化石墨烯/化學(xué)還原氧化石墨烯固載酶體系構(gòu)筑。系統(tǒng)研究了HRP以及草酸氧化酶（OxOx）與氧化石墨烯（GO）及化學(xué)還原氧化石墨烯（CRGO）的相互作用，

4、發(fā)現(xiàn)通過物理吸附，HRP和草酸氧化酶（OxOx）可成功固載于GO或CRGO表面，HRP和OxOx的固載量隨著GO的還原程度的增加而增大。同時發(fā)現(xiàn)CRGO的酶固載量與溶液pH值無關(guān)，但受溶液中鹽離子濃度的影響較大，鹽離子濃度越大，酶的固載量越大，表明疏水作用是酶與CRGO結(jié)合的主要作用力。與GO固定化酶相比，CRGO固定化酶具有較好好的催化活性和重復(fù)利用性。特別是OxOx，固定化后的酶活升高至游離酶的1.4倍。
　?。?）基于CRG

5、O固定化酶的電化學(xué)傳感器。由于CRGO具有良好的電學(xué)性質(zhì)和大的比表面積，CRGO固定化酶可作為電化學(xué)電極修飾材料以制備相應(yīng)的電化學(xué)傳感器。本文利用CRGO固定化OxOx酶修飾玻碳電極后，發(fā)現(xiàn)在電化學(xué)循環(huán)伏安曲線上可以明顯觀測到OxOx催化草酸分解的特征峰，且隨著草酸濃度的增加，特征峰電流不斷增大。當(dāng)采用OxOx固載量為5mg/mg，CRGO的覆蓋量為0.6μg制備所謂酶電極時，對0.01-1.0mM區(qū)間范圍內(nèi)的草酸分解都具有很好的線性響

6、應(yīng)，較高的靈敏性和低的檢測下限。
　?。?）基于石墨烯量子點的生物酶模擬物。由于其完整的二維平面骨架結(jié)構(gòu)和較多的羧基，石墨烯量子點（GQDs）具有良好的模擬過氧化物酶的催化活性。利用GQDs邊緣富含的羧基，本文將GQDs通過化學(xué)鍵鍵合的方法結(jié)合于Au電極表面。GQDs修飾后的Au電極保留了GQDs對H2O2的催化活性。以GQDs/Au電極為基礎(chǔ)構(gòu)建的H2O2電化學(xué)傳感器具有較寬的檢測線性范圍，低的檢測下限，良好的穩(wěn)定性和重復(fù)利用性