二茂鐵衍生物的電化學(xué)性質(zhì)及在生物傳感中的應(yīng)用.pdf

1、生物傳感器在臨床醫(yī)學(xué)、環(huán)境和食品工業(yè)等方面都有重要應(yīng)用，并以其體積小、選擇性好、靈敏度高、檢測(cè)快速方便、成本低和容易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線活體檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。生物傳感器以生物活性單元(如酶、抗體、核酸、細(xì)胞等)作為生物敏感基元，對(duì)目標(biāo)物具有高度選擇性的檢測(cè)器。將生物活性單元制成敏感膜，同時(shí)又要保持生物活性單元的固有特性，是生物傳感器研究的關(guān)鍵問題。為了提高傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性，電子媒介體廣泛用于在生物活性單元與電極間傳遞電子

2、，通過檢測(cè)媒介體電流的變化實(shí)現(xiàn)底物的檢測(cè)。電子媒介體的引入，不僅降低了天然氧濃度的影響，提高了測(cè)定的靈敏度，還加速了電極反應(yīng)，而且，采用氧化還原電位較低的電子介體，還可降低工作電位，減少干擾物的影響。二茂鐵及其衍生物是小分子電子媒介體，具有高度富電子的夾心結(jié)構(gòu)，熱穩(wěn)定性好，電化學(xué)活性和生理活性高，廣泛應(yīng)用于高靈敏生物傳感器的構(gòu)建。但該類傳感器也存在缺點(diǎn)，如介體會(huì)發(fā)生部分溶解或因擴(kuò)散而離開電極表面導(dǎo)致介體流失，從而影響了傳感器的穩(wěn)定性和使

3、用壽命。因此，如何將二茂鐵及其衍生物固定到基體電極表面，并保持其活性，是二茂鐵及其衍生物修飾電極研究和開發(fā)中的重要工作。本文在二茂鐵及其衍生物在電極表面的固定化，生物活性分子的固定方法以及新型生物傳感界面的構(gòu)建等方面進(jìn)行了探索和研究。主要開展了以下幾方面工作： 1.采用簡(jiǎn)單、可控的原位還原法，利用荷正電的PEI與羧基化的MWNTs之間的靜電吸引作用，將PEI吸附于MWNTs表面。利用PEI的還原特性，原位還原AuNPs，實(shí)現(xiàn)了A

4、uNPs在MWNTs表面的有效負(fù)載，合成了MWNTs/AuNPs納米復(fù)合材料。利用Au-S鍵實(shí)現(xiàn)了HS(CH2)6Fc在MWNTs/Au NPs納米復(fù)合物表面的有效組裝，構(gòu)建了MWNTs/Au NPs/HS(CH2)6Fe復(fù)合納米材料生物傳感器。采用TEM、UV-vis、EDX、FTIR和電化學(xué)等實(shí)驗(yàn)對(duì)傳感界面的構(gòu)建過程進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，MWNTs/Au NPs/HS(CH2)6Fc復(fù)合納米材料的合成，不僅有效防止了HS(CH2)6

5、Fc的泄漏，還大大促進(jìn)了電極表面電子的傳遞速率。將制備的生物傳感器應(yīng)用于對(duì)AA的電化學(xué)催化性能研究，結(jié)果表明，MWNTs/AuNPs/HS(CH2)6Fc修飾電極對(duì)AA的氧化具有良好的電催化能力，而且響應(yīng)快速(小于3 s)，靈敏度高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，在電分析化學(xué)和生物傳感研究領(lǐng)域中具有良好的發(fā)展?jié)摿Α?2.將合成的MWNTs/Au NPs表面氨基化，再與羧基二茂鐵(FMC)通過酰胺鍵生成MWNTs/Au NPs/FMC復(fù)

6、合材料；利用CS成膜性好的特點(diǎn)，將GOx和MWNTs/Au NPs/FMC復(fù)合材料固定于電極表面，構(gòu)建無試劑葡萄糖生物傳感器。通過循環(huán)伏安和計(jì)時(shí)電流法對(duì)傳感器的電化學(xué)特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，CS為保持固定化生物分子的活性提供了生物相容微環(huán)境；復(fù)合膜中MWNTS、AuNPs和FMC的存在，極大地提高了膜的導(dǎo)電性和傳電子能力；該傳感器對(duì)葡萄糖檢測(cè)的線性范圍為0.01～2.5 mM，檢出限為3.6μM，米氏常數(shù)為1.21 mM。 3

7、.采用交聯(lián)法制備了殼聚糖-二茂鐵復(fù)合材料(CS-Fc)，再將該復(fù)合材料與Au NPs和葡萄糖氧化酶(GOx)混合，通過簡(jiǎn)單、可控的一步電化學(xué)沉積法制備了CS-Fc/Au NPs/GOx復(fù)合薄膜生物傳感器?？疾炝薃u NPs、GOx含量、pH值以及電沉積時(shí)間等因素對(duì)沉積的復(fù)合膜性能的影響。采用掃描電鏡(SEM)和電化學(xué)阻抗(EIS)對(duì)傳感界面的構(gòu)建過程進(jìn)行表征。結(jié)果表明，二茂鐵與CS的交聯(lián)極大地改善二茂鐵的溶解性，有效防止了電子介體二茂鐵

8、的流失；傳感界面上Au NPs的引入，可作為酶的活性中心與電子介體二茂鐵之間電子傳遞的“導(dǎo)線”，加快電子的轉(zhuǎn)移速率；共沉積法得到的三維多孔結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜具有良好的擴(kuò)散傳質(zhì)性能，促進(jìn)了傳感器與檢測(cè)底物的接觸，提高了生物傳感器的電催化活性和響應(yīng)靈敏度。 4.結(jié)合電沉積技術(shù)和自組裝技術(shù)，先在玻碳電極表面電化學(xué)沉積CS-Fc復(fù)合膜，利用CS中帶正電荷的氨基(-NH2)與AuNPs之間的吸附作用，將Au NPs固定到電極表面，再利用Au N

9、Ps對(duì)乙肝表面抗體(HBsAb)的強(qiáng)烈吸附，制備了CS-Fc/Au NPs/HBsAb免疫傳感器。采用CV和EIS法，對(duì)電極逐層修飾過程進(jìn)行表征。結(jié)果表明，CS-Fc復(fù)合膜的形成，不僅有效抑制了電子介體的流失，而且，CS-Fc電化學(xué)沉積到電極表面形成的一層均勻生物相容性多孔結(jié)構(gòu)薄膜，還有效增大了電極表面進(jìn)一步負(fù)載Au NPs和HBsAb的比表面積。實(shí)驗(yàn)還對(duì)緩沖液pH值、免疫反應(yīng)孵育溫度、孵育時(shí)間等免疫測(cè)定參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化選擇。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)