基于納米復合材料構建電流型酶生物傳感器的研究.pdf

1、自1962年首次報道葡萄糖生物傳感器近半個世紀以來,酶生物傳感器因其具有線性范圍寬、靈敏度高、檢測限低、選擇性好、成本低等優(yōu)點在臨床醫(yī)學、食品、環(huán)境、工業(yè)等領域有廣泛的應用而備受關注。
　　 納米材料不僅具有表面與界面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等特殊性能,而且還具有良好的生物相容性可以保持蛋白質分子的活性和穩(wěn)定性,此外,大的比表面積可以增加蛋白質分子的固載量。納米材料由于具有以上優(yōu)點被不斷運用到酶生物傳感器

2、的構建過程中,以期望提高酶生物傳感器性能。基于以上考慮,本文運用納米納米復合材料分別構建了辣根過氧化物酶、葡萄糖氧化酶、膽固醇氧化酶等三種酶生物傳感器,傳感器在檢測限、靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性等性能方面較先前酶生物傳感器有較大程度的改善。
　　 本論文主要開展了以下幾個方面的工作:
　　 1.基于金納米線/納米二氧化鈦復合材料的過氧化氫生物傳感器的研究
　　 通過結合納米二氧化鈦(nano-TiO2)和金納米線(A

3、uNWs)的自身優(yōu)勢構建了一個簡單有效檢測過氧化氫(H2O2)的生物傳感器。nano-TiO2具有優(yōu)良的生物兼容性和成膜性,可以更好的保持酶的活性。合成的AuNWs有類似“電子導線”的作用加快電子傳遞,可縮短傳感器的響應時間。AuNWs較單個Au納米粒子顆粒可固載更多的酶,提高傳感器的靈敏度。在最優(yōu)實驗條件下,對傳感器的性能進行詳細研究,該傳感器的響應電流與H2O2的濃度在2.3μmol·L-1～2.4mmol·L-1范圍內呈現(xiàn)良好的線

4、性關系,檢出限為0.7μmol·L-1(信噪比為3),米氏常數(shù)為1.27mmol·L-1。該傳感器具有良好的穩(wěn)定性、選擇性和重現(xiàn)性。此外,對所制備的傳感器進行了實際樣品的檢測分析。
　　 2.具有氧化還原電活性的多孔多壁碳納米管-聚苯胺納米復合材料的制備、表征及其在葡萄糖生物傳感器中的應用
　　 首次以過硫酸鉀為氧化劑原位化學合成了多壁碳納米管-聚苯胺(MWCNT-PANI)納米復合材料。制備的MWCNT-PANI納米復

5、合材料進行透射電子顯微鏡(TEM)、紅外光譜(FT-IR)和紫外可見(UV-Vis)光譜表征。該復合材料表面疏松多孔且具有氧化還原性及優(yōu)良的導電性。將該納米復合材料和鉑納米粒子(Pt)結合制備了一種電流型葡萄糖生物傳感器。運用掃描電子顯微鏡(SEM)和循環(huán)伏安法(CV)對電極的修飾過程進行了研究。由于MWCNT、PANI、Pt三者的協(xié)同催化作用,在最優(yōu)實驗條件下,該傳感器在3.0μmol·L-1～8.2mmol·L-1范圍內呈現(xiàn)良好的線

6、性響應,檢測限為1.0μmol·L-1(信噪比為3),靈敏度為21μA·L·mol-1。此外,該傳感器還表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性、較高的靈敏度和重現(xiàn)性。
　　 3.基于多壁碳納米管.聚苯胺/鉑納米粒子復合材料的電流型膽固醇生物傳感器研究
　　 在玻碳電極表面一步電聚合多壁碳納米管.聚苯胺(MWCNT-PANI)和電沉積鉑(Pt)納米顆粒,并以固定膽同醇氧化酶(ChOx)為酶模型,構建了一個電流型膽固醇(Cholester01)

7、生物傳感器。該傳感器構建方法簡單、制備周期短。MWCNT-PANI納米復合膜的形態(tài)用掃描電子顯微鏡(SEM)進行表征。傳感器的電化學性能運用循環(huán)伏安法(CV)、電化學阻抗(EIS)和計時電位法進行了研究。由于MWCNT-PANI和Pt之間的協(xié)同電催化作用,膽固醇傳感器表現(xiàn)出優(yōu)良的性能:線性范圍為2.0μmol·L-1～520μmol·L-1,檢測限為0.8μmol·L-1(性噪比為3),靈敏度為109.9μA·L·mmol-1,響應時間