納米材料在生物傳感器中的應(yīng)用及化學(xué)修飾電極的研究.pdf

1、納米材料自出現(xiàn)之日起有著及其迅速的發(fā)展，不僅在其制備、表征、性能測試和加工方面取得了許多成果，而且其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。其中，納米材料作為新穎的催化劑在化學(xué)化工領(lǐng)域方面起著舉足輕重的作用，由于其表面活性多，作為催化劑，可大大提高反應(yīng)速率，甚至使原米難以進(jìn)行的反應(yīng)得以順利進(jìn)行。目前，制備的多種納米生物材料因?yàn)榫哂辛己玫纳锵嗳菪?、可吸收性、無毒性和可蓄積性，在生物傳感器方面有著廣泛的應(yīng)用。 電化學(xué)生物傳感器作為生物傳感器的一種，

2、由于其具有制造簡單、靈敏度高、價(jià)格低廉和選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，在食品工業(yè)、環(huán)境檢測和臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而探索先進(jìn)的固定化技術(shù)和優(yōu)良的固定材料是電化學(xué)生物傳感器的研究和開發(fā)中最為重要和關(guān)鍵的工作?；诖耍菊撐陌l(fā)展了一些新穎的納米材料來固載生物分子，并結(jié)合多種電化學(xué)方法，構(gòu)建了幾種新型的電化學(xué)生物傳感器。 化學(xué)修飾電極是當(dāng)前電化學(xué)、電分析化學(xué)十分活躍的研究領(lǐng)域。在分析測定方面，化學(xué)修飾電極可利用電催化反應(yīng)來提高測定的選擇性

3、和靈敏度。因此，化學(xué)修飾電極在過氧化氫、酚類物質(zhì)等小分子的測定中也有著廣泛的應(yīng)用。 本論文主要進(jìn)行了以下兩部分的研究工作： 第一部分研究了納米材料在生物傳感器中的應(yīng)用，分別描述了納米金和納米硫化鎘在生物傳感器中的應(yīng)用。根據(jù)納米材料大的比表面積、良好的導(dǎo)電能力和生物相容性，在生物傳感器制備的改進(jìn)方面起了很大的作用，也使生物傳感器的性能有了很大的提高。第二部分研究了納米材料應(yīng)用在電極表面對過氧化氫(H2O2)的直接催化還原，

4、克服了生物傳感器由于修飾在電極表面的酶容易變質(zhì)而使得電極壽命短的缺點(diǎn)，并且該方法較以前的報(bào)道來說傳感器的靈敏度有了很大的提高。 第一部分：研究了納米材料在生物傳感器中的應(yīng)用1.利用納米金溶膠(nano-Au)，戊二醛(GA)及牛血清白蛋質(zhì)(BSA)構(gòu)成新型生物復(fù)合固酶基質(zhì)，將辣根過氧化物酶(HRP)固定于聚天青I(PAl)修飾的玻碳電極(GCE)表面，制得靈敏的過氧化氫(H2O2)生物傳感器。同時(shí)，采用循環(huán)伏安法(CV)和計(jì)時(shí)電

5、流法對該傳感器的性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，該新型復(fù)合固酶基質(zhì)可很好的保持固定化酶的催化活性，對H2O2的響應(yīng)范圍為3.0x10-6～8.0×10-3mo1.L-1，檢測限為1.2×10-6 mol·L-1，該傳感器將納米金應(yīng)用在電極表面，相比以前僅用聚合物修飾電極制備的生物傳感器來說靈敏度有了很大的提高，并且該傳感器具有良好的穩(wěn)定性和選擇性。 2.采用層層自組裝技術(shù)將帶正電荷的硫堇(Thi)與帶負(fù)電荷的納米硫化鎘(nano-CdS)固定

6、在聚剛果紅(PCR)修飾的玻碳電極(GCE)表面，然后利用納米硫化鎘(nano-CdS)大的比表面積來固定甲胎蛋白抗體，制得性能優(yōu)良的新型免疫傳感器。同時(shí)，利用循環(huán)伏安技術(shù)(CV)和交流阻抗技術(shù)(EIS)表征了電極整個(gè)自組裝過程。也作了硫堇(Thi)吸附時(shí)間、吸附層數(shù)、抗原孵育時(shí)間和孵育溫度對傳感器響應(yīng)的影響。研究測得峰電流與甲胎蛋白抗原在0.30～250.00ng/mL-1范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，檢出限為0.12 ng·mL-1。經(jīng)實(shí)

7、驗(yàn)研究證明，該方法具有高的靈敏度和優(yōu)良的穩(wěn)定性。 3.首先采用電化學(xué)還原HAuCl4的方法在電極表面沉積一層均勻的帶正電的納米金(nano-Au)，從而增大電極的比表面積和響應(yīng)信號，然后利用靜電吸附的方法分別自組裝負(fù)電性的納米硫化鎘(nano-CdS)和正電性的硫堇(Thi)，再通過Thi的氨基吸附一層nano-CdS來固定癌胚抗體，從而制得癌胚抗原免疫傳感器。同時(shí)，通過循環(huán)伏安法(CV)和交流阻抗技術(shù)(EIS)考察了電極表面的

8、電化學(xué)特性，并對該免疫傳感器的性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究。該免疫傳感器線性范圍為0.10～80.00 ng·mL-1，檢測限為0.03 ng-mL-1,并且該電極制作簡單，響應(yīng)靈敏，用于實(shí)際樣品的測定中令人滿意。 第二部分：化學(xué)修飾電極的研究4.采取自組裝方法吸取5μL0.02％的Nafion乙醇溶液滴涂于鉑電極表面形成一層穩(wěn)定的修飾膜，然后將修飾電極浸泡在納米氧化銅(nano-CuO)的水溶液中，利用Nation具有多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可

9、以將鉑，鈀等納米顆粒滲透進(jìn)去的特點(diǎn)將納米氧化銅修飾到電極上，制備出性能優(yōu)良的H2O2傳感器，實(shí)現(xiàn)了對H2O2的直接電催化。相對于生物傳感器來說，該方法克服了修飾在電極表面的酶容易變質(zhì)的缺點(diǎn)，并且該方法使得傳感器的靈敏度有了很大的提高。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，該生物傳感器在1.5×10-7～9.0x10-3 mol·L-1范圍內(nèi)對H2O2有良好的線性響應(yīng)，檢出限為6.0x 10-8 mol·L-1(S/N=3)。此外，該傳感器具