納米材料固定化酶體系的構筑及其在電化學傳感器中的應用.pdf

1、本文通過兩種途徑以克服酶的純化、分離過程復雜，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)定性及重復利用性。為此，本文選用納米氧化鋅（ZnO）和化學還原氧化石墨烯（CRGO）為酶固定化載體材料，構建了兩種新型的納米材料固定化酶體系。研究了所構筑的固定化酶體系中納米材料與酶的作用機理以及材料對固定化酶催化性質和物理化學性質的影響。同時，利用納米材料固定化酶制備出了電化學生物傳感器。另

2、一途徑是設計并制備生物酶模擬物。該論文的具體研究內容及主要結果如下：
　?。?）不同形貌的ZnO納米材料用于酶的固定化體系的構筑。通過調節(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參數(shù)都有著重要的影響。
　?。?）氧化石墨烯/化學還原氧化石墨烯固載酶體系構筑。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，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固定化酶的電化學傳感器。由于CRGO具有良好的電學性質和大的比表面積，CRGO固定化酶可作為電化學電極修飾材料以制備相應的電化學傳感器。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)間范圍內的草酸分解都具有很好的線性響

6、應，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構和較多的羧基，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通過化學鍵鍵合的方法結合于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電極為基礎構建的H2O2電化學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)定性和重復利用性