基于新型碳納米復(fù)合材料構(gòu)建電致化學(xué)發(fā)光酶生物傳感器的研究.pdf

1、電致化學(xué)發(fā)光（Electrochemiluminescence，ECL）是在電極表面施加一定的電壓發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)生一些特殊的電極產(chǎn)物，這些電極產(chǎn)物之間或者電極產(chǎn)物與體系中某組分之間通過(guò)電子傳遞形成激發(fā)態(tài)，由激發(fā)態(tài)躍遷返回基態(tài)過(guò)程中產(chǎn)生的一種光輻射。它是電化學(xué)方法和化學(xué)發(fā)光方法相結(jié)合形成的一種新型檢測(cè)技術(shù)，具有靈敏度高、選擇性好、過(guò)程易于控制、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。酶生物傳感器是以固定化酶膜為生物識(shí)別元件、修飾電極為信號(hào)轉(zhuǎn)換器件，因此其不僅

2、具有酶的分子識(shí)別功能和選擇催化功能，還具有電極響應(yīng)迅速、易于操作等特點(diǎn)。ECL酶生物傳感器將ECL檢測(cè)技術(shù)與酶的高度專(zhuān)一性和高效催化性融合在一起，具有高靈敏度、高選擇性等特點(diǎn)。
　　隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展，各種納米材料已被廣泛應(yīng)用于生物傳感器領(lǐng)域，在表現(xiàn)納米材料各種優(yōu)勢(shì)性能（如大的比表面積、獨(dú)特的電化學(xué)性質(zhì)、好的生物相容性等）的基礎(chǔ)上為生物傳感器的發(fā)展開(kāi)辟了廣闊的應(yīng)用前景并實(shí)現(xiàn)了生物傳感器的高靈敏檢測(cè)。其中，碳納米管和石墨烯均具有

3、特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)，具有良好的導(dǎo)電性和電催化特性，能夠使電子在固定化酶與電極之間進(jìn)行快速而有效地傳遞。同時(shí)，將基于碳納米材料研制的新型納米復(fù)合材料應(yīng)用于酶生物傳感器的構(gòu)建中可為酶的固定提供良好的微環(huán)境，從而保持酶的生物活性。基于以上考慮，本文研制了基于碳納米材料的新型納米復(fù)合材料并構(gòu)建了一系列靈敏的ECL酶生物傳感器，且性能都較以往的酶生物傳感器有很大程度上的提高。
　　本論文主要研究工作如下:
　　1.基于Hemin功能

4、化多壁碳納米管納米復(fù)合材料的電致化學(xué)發(fā)光膽固醇生物傳感器
　　該工作結(jié)合多壁碳納米管(MWCNTs)對(duì)過(guò)氧化氫(H2O2)具有電催化氧化活性以及Hemin對(duì)H2O2電化學(xué)氧化從而增強(qiáng)Luminol-H2O2體系的ECL信號(hào)的特性，制備了新型的Hemin-MWCNTs納米復(fù)合材料，并將其應(yīng)用于膽固醇的檢測(cè)。首先，合成Hemin-MWCNTs納米復(fù)合材料，將其滴涂于預(yù)先處理好的裸玻碳電極表面，待電極在室溫下干燥后再在其表面滴涂膽固醇氧

5、化酶并于4℃孵育若干小時(shí)即可。由于Hemin-MWCNTs對(duì)H2O2有很好的電催化性能，可增強(qiáng)體系的ECL信號(hào)。在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，該傳感器的ECL響應(yīng)與膽固醇濃度在3×107～1.2×10-3 mol·L-1范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，檢測(cè)限為1×10-7 mol·L-1。此外，該傳感器具有靈敏度高、準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
　　2.基于碳納米管-氧化石墨烯-硫堇-納米金的電致化學(xué)發(fā)光膽固醇生物傳感器
　　首先，碳納米管與氧化

6、石墨烯(GO)以質(zhì)量比為1∶1結(jié)合成納米復(fù)合物可展現(xiàn)出良好的電催化活性。其次，某些還原劑（如肼）有毒，因此必須控制用量。由于硫堇(Thionine，Thi)結(jié)構(gòu)中有大量氨基以及GO結(jié)構(gòu)中的大量羥基，可作為一些物質(zhì)（例如氯金酸）的還原劑，還原得到的納米金（AuNPs）對(duì)于Luminol-H2O2體系的ECL有極大的增強(qiáng)作用，并且GO作為還原劑還原氯金酸的同時(shí)，還可以作為AuNPs的生長(zhǎng)模板?；谝陨蟽牲c(diǎn)，在未加入其它還原劑的情況下，利用G

7、O和Thi自身的還原性，原位還原氯金酸制備了MWCNTs-GO-Thi-Au納米復(fù)合材料，并將該納米復(fù)合材料應(yīng)用于膽固醇的檢測(cè)。由于該納米復(fù)合材料對(duì)Luminol-H2O2體系的ECL信號(hào)具有放大作用，使得檢測(cè)限大大降低。在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，該傳感器呈現(xiàn)了較寬的線性范圍（0.15～828μmol·L-1）和相對(duì)較低的檢測(cè)限（50 nmol·L-1）。結(jié)合納米復(fù)合物以及ECL檢測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)，將本實(shí)驗(yàn)所構(gòu)建的生物傳感器應(yīng)用于臨床生物檢測(cè)具有巨

8、大的潛在價(jià)值。
　　3.基于生物功能化的AMs-ChO生物復(fù)合材料的電致化學(xué)發(fā)光膽堿生物傳感器
　　由于石墨烯(GR)和AuNPs對(duì)于Luminol-H2O2體系的ECL具有極大的促進(jìn)作用，并且殼聚糖(CS)帶正電荷，可通過(guò)靜電作用與帶負(fù)電荷的酶或者含酶的生物復(fù)合材料結(jié)合，因此該工作首先將GO、氯金酸和CS通過(guò)電化學(xué)還原沉積修飾到電極表面（dpGR-AuNPs-CS）。其次，由于Fe3O4具有過(guò)氧化物模擬酶的特性，可催化氧化

9、H2O2成為各種活性氧分子，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的酶易失活，采用Fe3O4可以很好的避免酶失活的不足。另外，TiO2能增強(qiáng)Luminol-H2O2體系ECL信號(hào)，因此制備了帶負(fù)電荷的Fe3O4-TiO2-ChO(AMs-ChO)生物復(fù)合材料，并能成功固載到帶正電荷的電極表面，構(gòu)建了一種新型的ECL膽堿生物傳感器。該傳感器顯示出較高的靈敏度，線性范圍是0.003～1120μmol·L-1，檢出限低至1 nmol·L-1。該傳感器具有良好的穩(wěn)定性，選擇