納米復(fù)合材料固載生物氧化酶構(gòu)建高靈敏電流型酶生物傳感器的研究.pdf

1、電化學(xué)酶生物傳感器是一種將電化學(xué)分析方法與酶生物技術(shù)相結(jié)合的生物傳感器，其既擁有酶的專(zhuān)一催化性，又具備生物傳感器靈敏、快速、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，已在過(guò)氧化氫、尿酸、葡萄糖、膽固醇、有機(jī)磷等物質(zhì)的檢測(cè)方面顯示出廣闊的應(yīng)用前景。在這些檢測(cè)物質(zhì)中，過(guò)氧化氫作為許多高選擇性氧化酶的催化反應(yīng)產(chǎn)物和食品、藥物、環(huán)境分析中的重要成份，對(duì)其進(jìn)行靈敏而精確的測(cè)定具有重要的意義;而隨著人們生活水平的提高，越來(lái)越多的人患有動(dòng)脈粥樣硬化、心腦血管等疾病，這主要是由

2、于日常飲食中膽固醇攝入過(guò)多而引起的。因此，對(duì)食品和血液中的膽固醇進(jìn)行測(cè)定，以指導(dǎo)人們合理搭配飲食，調(diào)節(jié)膽固醇平衡，保持身體健康具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義?；诖?，本文分別以過(guò)氧化氫和膽固醇為目標(biāo)檢測(cè)物構(gòu)建電化學(xué)酶生物傳感器，以期將它們用于實(shí)際樣品的分析檢測(cè)中。在電化學(xué)酶生物傳感器的制備過(guò)程中，能否有效的固定各種生物氧化酶，最大化的保持其生物活性和穩(wěn)定性是制備的關(guān)鍵步驟，其將直接影響酶生物傳感器的穩(wěn)定性、靈敏度和選擇性。因此，選擇適宜的固載材

3、料和固定方法就非常重要?；诖?，本文從新型納米復(fù)合材料的研制以及其用于酶蛋白的固定和固酶方法等方面開(kāi)展了以下幾點(diǎn)探索和研究。本文主要分為以下幾個(gè)部分:
　　 第一章，綜述簡(jiǎn)要概述了生物傳感器與電化學(xué)酶生物傳感器;詳細(xì)介紹了了電化學(xué)酶生物傳感器的基本原理和發(fā)展歷程;著重評(píng)述了酶?jìng)鞲薪缑娴墓潭ɑ夹g(shù)以及多種納米材料在生物傳感器方面的應(yīng)用;詳細(xì)介紹了生物傳感器的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)。
　　 第二章，利用靜電吸附作用，將辣根過(guò)氧化物酶

4、(HRP)固定于帶正電的納米金和L-半胱氨酸修飾的金電極表面，制得用于檢測(cè)過(guò)氧化氫的無(wú)電子媒介體的電流型生物傳感器。首先制得了不同粒徑的帶正電荷的納米金，并通過(guò)透射電鏡（TME）和微量電泳技術(shù)對(duì)不同粒徑正電荷納米金的粒徑和帶電量進(jìn)行了表征。方法的新穎性在于制得了不同粒徑的帶正電荷的納米金并用其有效的吸附辣根過(guò)氧化物酶，從而構(gòu)建過(guò)氧化氫生物傳感器。帶正電荷的納米金提供了吸附生物大分子適宜的微環(huán)境，降低了電子傳遞的阻抗，實(shí)現(xiàn)了辣根過(guò)氧化物酶

5、的直接電化學(xué)行為。與帶負(fù)電荷的納米金相比，帶正電荷的納米金能固載更多的辣根過(guò)氧化物酶，對(duì)過(guò)氧化氫的還原起到更好的催化作用。通過(guò)交流阻抗技術(shù)、原子力顯微鏡技術(shù)和計(jì)時(shí)電流法考察了電極表面的電化學(xué)特性，并對(duì)影響傳感器性能的相關(guān)因素進(jìn)行了研究。
　　 第三章，構(gòu)建了以氨基核殼型磁性納米粒子為載體固定血紅蛋白的核殼型磁性納米粒子體系，并用來(lái)制備碳糊修飾電極(CPE)以測(cè)定過(guò)氧化氫的含量。氨基核殼型磁性納米粒子已被證明是一種有效的血紅蛋白固

6、定材料。核殼型磁性納米粒子體系是由血紅蛋白和復(fù)合氨基核殼型磁性納米粒子(NH2-SiO2-CoFe2O4)以納米金(AuNPs)為橋梁構(gòu)建。采用電化學(xué)交流阻抗，循環(huán)伏安法和計(jì)時(shí)電流法考察了電極表面的電化學(xué)特性，并對(duì)影響傳感器性能的相關(guān)因素進(jìn)行了研究。
　　 第四章，采用自組裝法將膽固醇氧化酶固定在鉑鈀-殼聚糖-石墨烯(PtPd-CS-GS)復(fù)合納米材料修飾的玻碳電極表面，制成一種新型的高靈敏的電化學(xué)傳感器，實(shí)現(xiàn)了低電位下對(duì)膽固醇

7、的檢測(cè)。通過(guò)掃描電鏡(SEM)和電化學(xué)方法對(duì)電沉積法形成的PtPd-CS-GS復(fù)合納米材料進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析和電化學(xué)行為研究。結(jié)果表明:PtPd-CS-GS復(fù)合納米材料不僅能夠促進(jìn)電子在膽固醇氧化酶與電極表面之間的傳遞，還能提高膽固醇氧化酶的固載量。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，膽固醇濃度在2.2×10-6-5.2×10-4mol·L-1范圍內(nèi)與其峰電流的增量呈良好的線性關(guān)系，檢出限為0.75μmol·L-1(S/N=3)。響應(yīng)時(shí)間低于7s，米氏常數(shù)

8、為0.11mmol·L-1。此外，該傳感器靈敏度高，重現(xiàn)性好，性能穩(wěn)定，且對(duì)膽固醇的選擇性好，可以避免樣品中抗壞血酸(AA)、尿酸(UA)和葡萄糖的干擾。
　　 第五章，首先制備了二氧化鈦-石墨烯-鉑鈀(TGPHs)復(fù)合納米材料，并以其為集成傳感平臺(tái)制備膽固醇傳感器。二氧化鈦-石墨烯-鉑鈀復(fù)合納米材料可以增大傳感器的比表面積和加快電子傳遞。其次，納米金(AuNPS)和膽固醇氧化酶(ChOx)被成功的自組裝到二氧化鈦-石墨烯-鉑鈀