靜電層層自組裝技術構建新型生物傳感器的研究.pdf

1、乙酰膽堿是最早被鑒定的神經(jīng)遞質(zhì)，廣泛存在于神經(jīng)系統(tǒng)中，它是膽堿的乙酰酯，在細胞神經(jīng)元中膽堿乙酰化酶催化下由膽堿和乙酰輔酶A合成。乙酰膽堿和膽堿是動物體內(nèi)不可缺少的基本組成部分之一，是保證神經(jīng)系統(tǒng)正常工作的基本成分，具有不可替代的生理功能。臨床醫(yī)學研究證明多種精神疾病如老年癡呆癥、震顫性麻痹癥和精神分裂癥等均與乙酰膽堿和膽堿的調(diào)節(jié)功能發(fā)生紊亂密切相關，因此對乙酰膽堿和膽堿的研究在近年來受到廣泛的關注。生物傳感器具有選擇性高，分析速度快，操

2、作簡易和儀器價格低廉等特點，而且可以進行在線甚至活體分析，因此乙酰膽堿生物傳感器和膽堿生物傳感器為乙酰膽堿和膽堿的生物醫(yī)學檢測開辟了一條新的途徑。 我國是農(nóng)藥生產(chǎn)和使用大國，有機磷殺蟲劑在農(nóng)業(yè)中被廣泛使用。有機磷農(nóng)藥在環(huán)境中的殘留對人們的健康具有嚴重的威脅，同時還造成了一系列的生態(tài)問題。在眾多的農(nóng)藥殘留檢測方法中，乙酰膽堿生物傳感器由于具有反應快速、高特異性、高靈敏度、現(xiàn)場檢測的特點，具有廣闊的應用前景。 生物傳感器的實

3、用化要求傳感器穩(wěn)定性好、抗干擾能力強。因此為了提高傳感器性能，尋找新材料、新方法制備新型生物傳感器是非常必要的。 靜電層層自組裝技術是超分子組裝方法的一種，組裝過程中成膜的驅(qū)動力是帶有不同電荷的分子之間的靜電作用。靜電層層自組裝技術修飾電極表面的操作方法簡單，所使用材料具有廣泛的選擇性，導電高分子、納米顆粒、蛋白質(zhì)以及核酸等都被用來制備納米復合薄膜，并在構建生物傳感器方面得到了廣泛的應用。靜電層層自組裝技術用于固定化酶有許多優(yōu)點

4、：在溫和條件下和水溶液中進行；可以選擇生物相容性良好的固定材料以保持酶的活性，提高生物傳感器的重復性、穩(wěn)定性和靈敏度等。因此利用靜電層層自組裝技術構建生物傳感器吸引了越來越多研究者的關注。 本論文利用靜電層層自組裝技術制備了具有不同功能的納米復合薄膜修飾電極并構建了膽堿生物傳感器和乙酰膽堿生物傳感器，并將乙酰膽堿生物傳感器應用于有機磷農(nóng)藥敵百蟲的檢測： 以聚乙烯亞胺(PEI)和聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)為陽離子聚

5、電解質(zhì)，以膽堿氧化酶(ChOx)為帶負電荷的生物分子，利用靜電層層自組裝技術分別制備了(PEI/ChOx)10和(PDDA/ChOx)8納米復合薄膜修飾Pt/(PAA/PVS)3電極，構建了膽堿生物傳感器。Pt/(PAA/PVS)3(PEI/ChOx)10膽堿生物傳感器與Pt/(PAA/PVS)3(PDDA/ChOx)8膽堿生物傳感器相比，前者的響應電流更大，線性檢測范圍更寬，響應時間更快，利用QCM監(jiān)測(PEI/ChOx)10和(PD

6、DA/ChOx)8納米復合薄膜自組裝過程中的頻率變化發(fā)現(xiàn)PEI和PDDA層的平均厚度分別大約為10nm和7nm。進一步研究揭示了兩種膽堿生物傳感器出現(xiàn)差異的主要原因是由于陽離子聚電解質(zhì)分子PEI和PDDA的形狀和構型不同，自組裝形成的(PEI/ChOx)n和(PDDA/ChOx)n納米復合薄膜對膽堿分子具有不同的通透性，因此(PEI/ChOx)10和(PDDA/ChOx)8納米復合薄膜修飾Pt/(PAA/PVS)3電極構建的膽堿生物傳感

7、器具有不同的電化學特性。 以PDDA為陽離子聚電解質(zhì)，乙酰膽堿酯酶(AChE)和ChOx為帶負電荷的生物分子，通過(PDDA/ChOx)n和(PDDA/AChE)n納米復合薄膜在Pt電極表面自組裝層數(shù)的優(yōu)化，確定了在8層(PDDA/ChOx)和2層(PDDA/AChE)時，修飾電極具有最大響應電流值，因此以Pt/(PDDA/ChOx)8(PDDA/AChE)2構建了乙酰膽堿生物傳感器。研究了該乙酰膽堿生物傳感器的電化學性能并將其

8、應用于有機磷農(nóng)藥的檢測中，該乙酰膽堿生物傳感器對敵百蟲的最低檢測限是0.001μgmL-1。由于使用靜電層層自組裝技術構建的乙酰膽堿生物傳感器對乙酰膽堿和有機磷農(nóng)藥檢測均有高靈敏度、良好的重復性和穩(wěn)定性，并且其制備過程相對簡單，該乙酰膽堿生物傳感器具有廣泛的應用前景，可望用于有機磷農(nóng)藥的現(xiàn)場檢測。 以PEI為陽離子聚電解質(zhì)，AChE和ChOx為帶負電荷的生物分子，利用靜電層層自組裝技術在MWCNTs修飾的Pt電極上制備了(PEI

9、/ChOx)10(PEI/AChE)2納米復合薄膜，構建了高性能的乙酰膽堿生物傳感器。研究發(fā)現(xiàn)在Pt表面修飾MWCNTs薄膜可以提高生物傳感器的性能，如降低最低檢測限、縮短響應時間、提高靈敏度等，將該乙酰膽堿生物傳感器應用于有機磷農(nóng)藥的檢測中，對敵百蟲的最低檢測限是0.0005μgmL-1。該乙酰膽堿生物傳感器性能得到提高的主要原因在于MWCNTs對H2o2催化具有增強作用，同時其較大的亞微顆粒表面積增強了電子傳遞速度。該乙酰膽堿生物傳

10、感器也可望用于有機磷農(nóng)藥的現(xiàn)場檢測。 以O-羥乙基三甲基氯化銨殼聚糖(EACC)為陽離子聚電解質(zhì)，以ChOx為帶負電荷的生物分子，在普魯士藍(PB)薄膜修飾Pt電極的基礎上，利用靜電層層自組裝技術制備了(EACC/ChOx)10納米復合薄膜構建膽堿生物傳感器。Pt/PB/(EACC/ChOx)10膽堿生物傳感器在工作電位為0.0V(vs.Ag/AgCl)時具有良好的性能，如相對較低的最低檢測限、較快的響應時間、高靈敏度和抗干擾能