新型電化學傳感器對生理活性物質(zhì)的分析研究.pdf

1、生理活性物質(zhì)與人類的健康息息相關(guān)，例如活性氧，它涉及到衰老、癌癥、以及神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的病理過程，因此，尋找可靠且靈敏的分析方法來定性評估與定量檢測生理活性物質(zhì)非常重要。由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、操作簡便、樣品用量少、可微型化等特點，生物傳感器在臨床醫(yī)學、食品工業(yè)、發(fā)酵工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。蓬勃發(fā)展的納米技術(shù)，特別是各種具有特殊性質(zhì)的納米材料的出現(xiàn)及應(yīng)用，又為生物傳感器的發(fā)展打開了一片新天地。本論文結(jié)合了分析化學、電化學、

2、材料科學等領(lǐng)域的研究，致力于利用新型的納米材料來構(gòu)建電化學生物傳感器，將其應(yīng)用于生理活性物質(zhì)的電化學分析中，主要分為以下六章：
　　 第一章，首先對電化學生物傳感器和納米材料的基本原理、研究現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景進行了綜述，闡述了生理活性物質(zhì)，尤其是活性氧的研究意義，然后在此基礎(chǔ)上提出本論文的研究設(shè)想，即利用新型的納米材料來構(gòu)建電化學生物傳感器，將其應(yīng)用于生理活性物質(zhì)的電化學分析中。
　　 第二章，基于二氧化鈦納米粒子

3、光催化體系的快速準確評估抗氧化藥物的電化學傳感器研究：為檢測活性氧中毒性最強的-OH自由基，以及篩選能夠有效清除·OH自由基的抗氧化藥物，我們以二氧化鈦納米粒子的光催化反應(yīng)作為實驗中·OH自由基的發(fā)生體系，以4-羥基苯甲酸(4-hydroxybenzoic acid，4-HBA)與·OH自由基的羥基化反應(yīng)作為研究模型，利用羥基化后的專一產(chǎn)物3，4-二羥基苯甲酸(3，4-dihydroxybenzoic acid，3，4-DHBA)的電化

4、學響應(yīng)來間接表征體系中·OH自由基的生成量。向反應(yīng)體系中添加抗氧化藥物后，再利用3，4-DHBA的電化學信號的抑制程度成功實現(xiàn)了抗氧化藥物性能的精確評估。同時，我們也利用傳統(tǒng)的熒光檢測法驗證了該電化學方法的準確性。熒光法的反應(yīng)機理是對苯二酸(terephthalic acid，TA)捕獲·OH生成具有熒光效應(yīng)的2-羥基對苯二酸(2-hydroxyterephthalic acid，2-TA)，利用添加抗氧化藥物后所導(dǎo)致2-TA的熒光信號

5、的抑制程度來反映抗氧化藥物的抗氧化能力。兩種方法結(jié)果的一致性表明了電化學方法的準確性與可靠性，最后，利用該電化學傳感器成功評估了從6種天然抗氧化植物萃取出的生理活性物質(zhì)的抗氧化性能，為將來進一步的實際應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。
　　 第三章，基于大孔有序的泡沫氧化硅材料的過氧化氫電化學生物傳感器研究：基于大孔材料優(yōu)異的傳質(zhì)性能、良好的蛋白分子吸附固定特性等，我們以大孔材料(MOSF)作為生物載體，通過靜電作用力吸附細胞色素c，并利用

6、細胞色素c對過氧化氫的電催化作用，構(gòu)建了一個基于細胞色素c直接電子傳遞的過氧化氫生物傳感器。該傳感器針對過氧化氫檢測的線性范圍以及檢測限方面均取得了令人滿意的結(jié)果，為進一步的實際應(yīng)用提供了一個良好的平臺。隨后，為進一步研究材料表面環(huán)境對所吸附的蛋白的影響，我們利用后修飾法在MOSF表面分別修飾了-CN，-SH，-NH2官能團，并運用同樣的組裝方法，將細胞色素c固定在材料的孔徑中，研究了該氧化還原蛋白的直接電化學行為，并與未修飾官能團的M

7、OSF材料做了比較。
　　 第四章，基于介孔碳納米球?qū)訉咏M裝技術(shù)的過氧化氫電化學生物傳感器研究：通過層層組裝的方法，利用介孔碳小球與陽離子聚電解質(zhì)構(gòu)建了一種基于Cyt c的H2O2生物傳感器。由于靜電吸引作用，修飾于ITO電極上的介孔碳納米球?qū)τ贑yt c顯示了很好的吸附特性。峰形良好的氧化還原峰證實了在沒有任何外加電子媒介體的存在下，吸附于介孔碳納米球中的Cytc與電極成功發(fā)生了直接電子轉(zhuǎn)移。該傳感器對H2O2具有良好的電催化

8、作用，并且可以通過控制修飾電極的組裝層數(shù)來調(diào)變傳感性能，從而達到合理設(shè)計傳感器的目的。
　　 第五章，基于介孔碳材料的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)的電催化氧化研究：NADH在固體電極上通常具有較高的氧化過電位，極易引起電極表面的污染與鈍化。本章利用碳介孔材料(CMM)修飾的玻碳電極來研究NADH的電化學氧化。CMM所具有的大比表面積、高電子傳遞能力以及豐富的邊片狀缺陷位和表面含氧官能團，對NADH的氧化表現(xiàn)出了較高的電催化性

9、能，將NADH的氧化過電位降低了595mV(與未修飾的裸玻碳電極相比)，成功實現(xiàn)了NADH在低電位條件下(0.1 V vs.SCE，pH7.2)穩(wěn)定靈敏的響應(yīng)，檢測下限為1.0μM，線性響應(yīng)范圍為10～600μM。這為基于以NADH為輔酶的脫氫酶的電流型生物傳感器的發(fā)展提供了新的研究途徑。
　　 第六章，二維平面上單分散金原子陣列修飾的石墨烯材料的制備及其電化學性質(zhì)的初步研究：石墨烯是繼富勒烯和碳納米管之后科學界的又一重大發(fā)現(xiàn)，

10、石墨烯的發(fā)現(xiàn)，充實了碳材料家族，形成了從零維的富勒烯、一維的碳納米管、二維的石墨烯到三維的金剛石和石墨的完整體系。目前已有一些關(guān)于石墨烯以及納米粒子/石墨烯復(fù)合材料(NPs/graphene)的合成報道與應(yīng)用研究。在這部分工作中，我們發(fā)展了一種基于石墨烯的二維平面，快速可控的濺射方法來形成金團簇納米陣列。通過調(diào)整濺射電流的大小、角度和時間，得到了一系列不同尺寸的金團簇納米顆粒陣列，最小可達1.05 nm且無團聚現(xiàn)象發(fā)生，形成的納米顆粒形