微噴涂生物傳感器——一類(lèi)新型傳感器構(gòu)建技術(shù)研究.pdf

1、食品是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),而食品安全問(wèn)題是關(guān)系到人體健康和國(guó)計(jì)民生的重大問(wèn)題。評(píng)價(jià)一種食品是否安全,就是要依靠一定的檢測(cè)手段提供科學(xué)依據(jù),確定食品中的有毒有害物質(zhì)的含量和毒性,通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估來(lái)考慮其是否對(duì)人體造成實(shí)際的危害。傳統(tǒng)的檢測(cè)手段所需時(shí)間長(zhǎng),需要昂貴的設(shè)備,操作復(fù)雜,因此發(fā)展新型、快捷、經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確的快速檢測(cè)手段,是食品安全的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容。 目前應(yīng)用較廣泛的食品安全快速檢測(cè)手段主要有熒光分析、快速檢測(cè)試劑盒、快

2、速檢測(cè)試紙條、生物傳感器等。生物傳感器具有體積小、成本低、靈敏度高、選擇性好、抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)成為研究熱點(diǎn)之一。本論文主要是研究利用微噴涂技術(shù)構(gòu)建一類(lèi)新型的生物傳感器,論文主要圍繞以下幾個(gè)方面開(kāi)展了-些工作： 1. 微噴涂技術(shù)條件的優(yōu)化。 本研究是利用微噴涂技術(shù)進(jìn)行傳感器的制備,在制備過(guò)程中噴涂針頭的堵塞和導(dǎo)電線路的不完整性將直接影響到傳感器的電化學(xué)性能。研究了銀漿材料的流變學(xué)性質(zhì)、噴涂針頭的內(nèi)徑大小、

3、噴涂壓力、等待延滯時(shí)間、噴涂針頭和基底材料的間距對(duì)所制備傳感器性能的影響。最后選用的微噴涂參數(shù)為：銀漿的粘度8000CPS～9000CPS;噴涂針頭內(nèi)徑為0.15mm;延滯時(shí)間50ms～300ms;噴涂壓力20 KPa：噴涂針頭和基底材料間距為0.1mm;Z軸回復(fù)高度0.2mm～0.5mm。 2. 微噴涂傳感器的構(gòu)建及性能表征。 在電腦上利用AutoCAD,Photoshop等作圖軟件對(duì)傳感器的圖案進(jìn)行設(shè)計(jì)之后,編寫(xiě)好相

4、應(yīng)的程序,輸入到系統(tǒng)中,然后制備三電極系統(tǒng)的傳感器,利用銀漿制備成導(dǎo)電線路,Ag/AgCl作為參比電極,并在工作電極和輔助電極的表面用導(dǎo)電高分子材料PEDOT/PSS(3,4-ethylenedioxythiophene/polystyrene sulfonic acid)進(jìn)行修飾。用實(shí)體顯微鏡和原子力顯微鏡表征了傳感器的表面形態(tài)特征,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明傳感器表面形態(tài)良好。在1mmol/L的硫堇溶液中用循環(huán)伏安法對(duì)傳感器進(jìn)行了電化學(xué)表征,記錄

5、傳感器的氧化峰電位Epa、氧化峰電流Ipa和半波電位Epa/2,采用Epa、Epa/2、Ipa和電荷傳遞系數(shù)α作為評(píng)估電極一致性的指標(biāo)。結(jié)果顯示傳感器具有較好的電化學(xué)性能、穩(wěn)定性、批量一致性。 3. 微噴涂葡萄糖氧化酶?jìng)鞲衅鳌?在本研究中, 在制備了空白的三電極傳感器之后,用微噴涂技術(shù)在工作電極的表面滴涂上PEDOT/PSS導(dǎo)電高分子材料,將葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOD)和電子媒介體鐵氰化鉀溶解于

6、羧甲基纖維素(carboxymethyI cellulose,CMC)溶液中,然后直接滴涂在工作電極上面,自然晾干,形成生物敏感膜,制備成微噴涂葡萄糖氧化酶?jìng)鞲衅?。?shí)驗(yàn)結(jié)果表明用微噴涂技術(shù)構(gòu)建的葡萄糖氧化酶?jìng)鞲衅鳈z測(cè)葡萄糖溶液具有良好的響應(yīng),在0.5mg/L～5.0mg/L葡萄糖濃度范圍內(nèi)有較好的線性相關(guān)度,線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.9894,傳感器的一致性和穩(wěn)定性良好。 4. 微噴涂辣根過(guò)氧化物酶?jìng)鞲衅鳌?在本實(shí)驗(yàn)中為了檢

7、驗(yàn)所制備傳感器的性能, 又制備了用辣根過(guò)氧化物酶(horseradish peroxidase,HRP)進(jìn)行修飾的生物傳感器,用來(lái)檢測(cè)H2O2。在實(shí)驗(yàn)中, 先用高分子導(dǎo)電材料PEDOT/PSS成膜修飾到空白電極上面,然后在導(dǎo)電高分子薄膜之上修飾辣根過(guò)氧化物酶,自然晾干之后,整個(gè)工作電極用具有選擇性的醋酸纖維素半透膜進(jìn)行封裝。 經(jīng)電化學(xué)檢測(cè)之后,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,制備的微噴涂辣根過(guò)氧化物酶?jìng)鞲衅鲗?duì)H2O2具有非常良好的靈敏性,在0.5