基于納米結構的葡萄糖生物傳感器的制備及性能研究.pdf

1、本文以Au納米線陣列和石墨烯為研究對象,分別采用物理吸附法和由戊二醛(GLA)、牛血清白蛋白(BSA)和葡萄糖氧化酶(GOx)組成的交聯(lián)液方法修飾納米結構電極。分別研究了基于高度有序 Au納米線陣列,還原石墨烯以及石墨烯修飾Au納米線陣列復合結構的葡萄糖生物傳感器的制備方法及其性能研究。此外,對于檢測電位和納米線直徑對傳感器性能的影響做了討論,還探討了基于直接電子轉移的第三代生物傳感器的機理。最后將流動注射分析(FIA)技術引入傳感器研

2、究,進一步提高傳感器性能。文中具體研究結果如下:
　　通過電化學沉積方法在具有高度有序孔洞結構的陽極氧化鋁模板(AAO)內制得Au納米線陣列,還可以通過控制AAO模板的孔徑控制納米線的直徑。采用交聯(lián)法在納米線表面固定生物酶,交聯(lián)液的成分為4.5 v/v％GLA,4.8 w/v%BSA,200 U/mL GOx。SEM表征結構發(fā)現(xiàn),通過控制溶液的量可以將交聯(lián)液均勻地覆蓋在納米線表面,并且呈現(xiàn)疏松多孔的結構,有利于和溶液最大程度地反應

3、。通過改變擴孔時間控制Au納米線直徑并測試傳感器性能,結果顯示擴孔時間10 min,直徑約80 nm的Au納米線陣列制得的葡萄糖傳感器性能最好。在不同電壓下測試傳感器性能,發(fā)現(xiàn)在+0.7 V下響應最高。
　　采用化學法還原制備石墨烯,并將其均勻地修飾在金電極表面,干燥完全之后再用物理吸附的方法修飾GOx,最后在表面覆蓋一層全氟磺酸(Nafion)作為保護層。所制得的傳感器在除氧的磷酸鹽緩沖液(PBS)中測試循環(huán)伏安(CV)時出現(xiàn)一

4、對準可逆的氧化還原峰,進一步通過計算掃速和峰電流的關系確認,這是GOx活性中心黃素腺嘌呤二核甘酸(FAD)的氧化還原過程,也就說明該修飾電極實現(xiàn)了GOx的直接電化學過程。進而,通過比較傳感器在不同氣氛環(huán)境的PBS中CV曲線,對第三代生物傳感器的檢測機理進行了分析。最后結合檢測機理,通過CV響應來對葡萄糖進行檢測。
　　采用電吸附的方法將石墨烯修飾到Au納米線陣列的表面,通過掃描電子顯微鏡,X射線光電子能譜儀等設備對電極進行了表征,

5、結果顯示石墨烯很均勻地修飾在納米線表面。在測試電極對過氧化氫的催化能力時發(fā)現(xiàn)這種基于納米復合結構的電極表現(xiàn)出了對過氧化氫很好的催化能力。將該電極固載GOx后與分別基于金納米線、石墨烯的傳感器進行性能比較,發(fā)現(xiàn)在正電位下其響應要高于后兩者。最終檢測的靈敏度為40.25?A?mM-1?cm-2,線性范圍0.02 mmol/L到3 mmol/L。
　　將辣根過氧化氫酶(HRP)和GOx同時加入到交聯(lián)液中修飾在Au納米線表面,并且采用流動

6、注射分析(FIA)的方法進行測試。結果顯示該型傳感器可以在0.05 V的低電位下對葡萄糖產(chǎn)生很好的響應。對交聯(lián)液成分,流動注射參數(shù)對傳感器性能的影響也分別進行了討論,結果顯示交聯(lián)液成分為4.5 v/v% GLA,3.6% w/v BSA,200 U/mL GOx,40 U/mL HRP時傳感器性能最好,流動注射進樣時間40s,轉速60轉每分鐘的時候響應最好。最終經(jīng)測試靈敏度達到25.34?A·mM-1·cm-2,線性范圍5?mol/L到