葡萄糖氧化酶電極的電化學石英晶體阻抗分析法研究.pdf

1、生物傳感器是分析化學學科的重要研究領(lǐng)域之一。酶電極在臨床診斷(特別是糖尿病)和基礎(chǔ)醫(yī)學研究等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。石英晶體微天平(QCM)可現(xiàn)場動態(tài)監(jiān)測電極表面低至納克級(單分子層或亞單分子層)的質(zhì)量變化，以及電極表面修飾膜粘彈性和溶液粘密度的微小變化，在電化學和免標記生物傳感領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。壓電石英晶體阻抗分析(PQCI)法可實時獲取石英晶振的電聲阻抗譜，從而得到諧振頻率和等效電路參數(shù)等多維信息，可認為是一種強有力的多參數(shù)QCM。然

2、而，QCM用于酶電極的研究鮮見報道，包括酶電極制作過程中各修飾步驟的動態(tài)監(jiān)測，尤其是固定酶的定量評估。有鑒于此，在廣泛的文獻工作基礎(chǔ)上，本論文中開展了以下創(chuàng)新研究工作： 1.綜述了酶安培傳感器和QCM的近期工作進展。 2.采用滴干法將葡萄糖氧化酶(GOD)固定在普魯士藍(PB)修飾的金電極上，并用戊二醛(GA)交聯(lián)GOD和聚鄰苯胺(PoPD)外層膜，從而制備出葡萄糖安培傳感器。該傳感器基于PoPD/GOD-GA/PB/A

3、u電極上的電活性PB層催化酶反應(yīng)產(chǎn)物H2O2的還原進行檢測。采用多參數(shù)QCM監(jiān)測電極的各步修飾過程，基于固定化GOD的質(zhì)量(QCM測得)和酶反應(yīng)產(chǎn)物過氧化氫的量(安培檢測)，首次評估了固定化酶的有效比活性(ESA，定義為單位質(zhì)量酶的酶活性，Ug-1)。在同樣的實驗條件下，也通過檢測酶反應(yīng)產(chǎn)物H2O2在PB/Au電極上產(chǎn)生的還原電流對溶液中游離GOD的ESA進行評估。研究了各種實驗參數(shù)，包括工作電位、溶液pH和電活性干擾物，對葡萄糖傳感的

4、影響。在最佳電位-0.05VvsSCE下和pH7.0磷酸緩沖溶液中，該葡萄糖生物傳感器的電流響應(yīng)的線性范圍為0.05到10mmolL-1，最低檢測限為8μmolL-1。該傳感器響應(yīng)時間短(～5s之內(nèi))，抗干擾能力強，穩(wěn)定性好(4℃下pH7.0的磷酸緩沖液中保存30天后，電流響應(yīng)約為最初響應(yīng)電流的88％)。固定化酶的米氏常數(shù)(Kmapp)為19.6mmolL-1。 3.通過戊二醛交聯(lián)聚硫堇修飾的金電極來固定GOD，并修飾Nafio

5、n外涂層，制備了Nafion/GOD-GA/PTH/Au酶電極。用多參數(shù)電化學石英晶體微天平(EQCM)跟蹤電極的各步修飾過程。H2SO4水溶液中，通過電位環(huán)掃可使硫堇聚合，然而，EQCM頻率上升，可歸結(jié)為硫堇結(jié)構(gòu)中氨基與電極表面作用，引起了輕微的金電極的電溶出。通過比較聚硫堇(PTH)修飾的金電極和酸洗去除PTH的金電極之間的“干”頻差值，評估了PTH沉積膜的質(zhì)量和單位質(zhì)量的PTH電活性。實驗結(jié)果表明，對0.5mmolL-1單體溶液中

6、沉積的PTH膜，約30％的硫堇結(jié)構(gòu)單元具有電活性?？疾炝怂苽涞腘afion/GOD-GA/PTH/Au電極用于葡萄糖傳感的一些實驗參數(shù)的影響，包括工作電位、溶液pH和電活性干擾物。當最優(yōu)化電位為0.7VvsSCE，該葡萄糖傳感器的線性范圍為0.005～5mmolL-1，有著較高的靈敏度13.5Amol-1cm-1，響應(yīng)時間短(大約10s)抗干擾能力強。固定化酶的米氏常數(shù)(Kmapp)約為5.47mmolL-1。另外，該生物傳感器表現(xiàn)了

7、良好的儲藏穩(wěn)定性，保存在4℃和pH7.0磷酸緩沖溶液中三周后，其響應(yīng)電流是初始響應(yīng)的83％。基于固定化酶質(zhì)量(EQCM測得)和酶反應(yīng)產(chǎn)物H2O2的量，評估了固定化酶的有效比活性(ESA，定義單位質(zhì)量酶的活性)，大約為6.85kUg-1。在酶電極工作電位下，采用掃描電化學顯微鏡(SECM)監(jiān)測了過氧化氫的泄漏電流，討論了它對ESA評估的影響。 4.通過戊二醛交聯(lián)法在自組裝對氨基苯硫酚(p-ATP)的PB修飾金電極上固定GOD，研制

8、了p-ATP-GA-GOD/PB/Au酶電極用于葡萄糖傳感?？疾炝薖B膜厚度對過氧化氫還原電流響應(yīng)的影響。研究了各種實驗條件參數(shù)，包括工作電位，溶液pH和電活性干擾物對葡萄糖傳感的影響。在最優(yōu)的實驗條件下，考察了酶傳感器的響應(yīng)性能以及穩(wěn)定性。該傳感器的線性范圍為0.01-2mmolL-1，線性相關(guān)系數(shù)為0.9945。最低檢測限為1HmolL-1(S/N=3)。另外，該傳感器具有較好的穩(wěn)定性(4℃下pH7.0的磷酸緩沖液中保存三周后，電流