基于納米材料構(gòu)建介體型酶生物傳感器的研究.pdf

1、自從1967年Updik和Hicks研制出第一支以鉑電極為基體的葡萄糖氧化酶生物傳感器以來，酶生物傳感器越來越受到了人們的關(guān)注并取得迅猛的發(fā)展，現(xiàn)已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。它是以固定化酶為分子識(shí)別元件、電化學(xué)電極為信號(hào)轉(zhuǎn)換器件的電極，因而具有酶的分子識(shí)別和選擇催化功能，又有電化學(xué)電極響應(yīng)快、操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，能快速測(cè)定試液中某一給定化合物的濃度，且所需樣品量少。目前，酶生物傳感器已用于多種成分的測(cè)定。其中，過氧化物酶的研究較為廣泛，其底物

2、H2O2是很多工業(yè)過程的原料或中間產(chǎn)物，同時(shí)也是生物體內(nèi)許多氧化酶反應(yīng)的副產(chǎn)物，因而其含量測(cè)定在食品、藥物、臨床、工業(yè)和環(huán)境分析中具有重要的實(shí)際意義。在酶生物傳感器的發(fā)展過程中，介體型酶生物傳感器是以媒介體為修飾劑的電催化，能夠提高測(cè)定的靈敏度和準(zhǔn)確性，因而目前已經(jīng)成為生物傳感器家族的主角。酶生物傳感器的研究和開發(fā)中，其活性組分的固定化一直是最為關(guān)鍵和重要的技術(shù)。本文從媒介體的選擇、防止媒介體的滲漏、尋求適宜的固酶基質(zhì)、保持酶的生物活性

3、以及新型酶生物傳感器模型的構(gòu)建等方面進(jìn)行了探索性的研究。本文的主要工作如下： 1.基于層層靜電吸附天青I和納米金固定過氧化物酶生物傳感器的研究從增加納米金和酶的固定量，進(jìn)而提高傳感器的性能方面考慮，結(jié)合電聚合和層層自組裝(LBL)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，研制了一種新型的過氧化氫傳感器。首先電聚合對(duì)鄰氨基苯磺酸于玻碳電極表面，使其形成帶負(fù)電的界面，通過靜電作用自組裝一層帶正電荷的電子媒介體—天青I，利用媒介體的氨基吸附納米金，如此反復(fù)多次，最

4、后靜電吸附固定辣根過氧化物酶制備過氧化氫傳感器。采用循環(huán)伏安法和計(jì)時(shí)電流法考察了該傳感器的電化學(xué)性質(zhì)，并且研究了該修飾電極對(duì)H2O2的催化還原作用。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，該傳感器的響應(yīng)電流與其濃度在3.5×10-6～3.6×10mol/L范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，檢測(cè)限為1.2×10-6 mol/L。該傳感器的米氏常數(shù)為1.5 mmol/L，表明所固定的酶具有較高的生物活性。 2.殼聚糖/硅溶膠凝膠復(fù)合膜固定辣根過氧化物酶的H2O

5、2生物傳感器的研究鐵氰化物是一種很好無機(jī)電子傳輸體，但由于其本身的分子量較小。容易從電極表面滲漏到測(cè)試底液中，所以一般放在底物中進(jìn)行測(cè)定。但那樣會(huì)污染電極和試樣，并且浪費(fèi)試劑。因此，尋求一種合適的載體將其固定在電極表面是更可取的方法。利用溶膠-凝膠法制備殼聚糖/二氧化硅有機(jī)無機(jī)復(fù)合雜化膜(CSHMs)摻雜鐵氰化鉀和納米金，并用于對(duì)辣根過氧化酶進(jìn)行固定，制得了性能優(yōu)良的H2O2生物傳器。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，復(fù)合膜的采用和納米金引用能夠提高酶電極對(duì)H

6、2O2的電流響應(yīng)，所制備的傳感器具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、選擇性好，可以避免樣品中大量易氧化物質(zhì)的干擾。對(duì)H202的線性響應(yīng)范圍為3.5×10-6～1.4×10-3mol/L，檢出限為8.0x10-7mol/L。測(cè)得酶催化動(dòng)力學(xué)參數(shù)米氏常數(shù)kappM=0.93 mmol/L。該法已初步應(yīng)用于實(shí)際樣品的測(cè)定。 3.基于甲苯胺藍(lán)衍生的新型有機(jī)材料和功能化的納米金用于過氧化氫生物傳感器的研究介體型酶生物傳感器是目前研究最廣泛的，但媒介體的滲漏一

7、直是困擾當(dāng)前研究者的一個(gè)主要問題。我們首次采用了一種新的有機(jī)材料--茈四甲酸二酐(3,4,9,10-perlenetetracrboxylicdianhydride，PTCDA)，一種多環(huán)芳香族化合物紅色染料，先將其水解生成茈四甲酸(PTA)，再和甲苯胺藍(lán)(TB)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成一種新的媒介體(PTATB)。并將其應(yīng)用于生物傳感器的制備，得到了較滿意的結(jié)果。另外，在生物傳感器的研究中，酶生物活性的保持也是一個(gè)重要的因素。納米金有保持生