Clark氧電極生物傳感器的研究及分析應用.pdf

1、生物傳感器是一類特殊的化學傳感器，它以生物活性單元（如酶、抗體、核酸、細胞、組織等）作為生物敏感元件，對被測目標物具有高度選擇性的檢測器。它通過各種物理、化學型信號轉(zhuǎn)換器捕捉目標物與敏感元件之間的反應，然后將反應的程度用離散或連續(xù)的電信號表達出來，從而得出被測物的濃度。與傳統(tǒng)的分析方法相比，生物傳感器這種新的檢測手段具有如下優(yōu)點:(1)選擇性好;(2)響應快;(3)成本低;(4)可連續(xù)在線監(jiān)測。Clark氧傳感器具有靈敏度高、線性范圍寬

2、、儀器簡單、分析速度快等優(yōu)點，將酶或細菌生物活性單元與Clark氧傳感器相結(jié)合，在生化分析等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。
　　本文以生物相容性好的高分子物質(zhì)如雞蛋膜、殼聚糖和聚乙烯醇作為載體材料，以半乳糖氧化酶、乙醇氧化酶和甲烷氧化細菌為分子識別元件，用適當?shù)慕宦?lián)劑分別固定在載體基質(zhì)上，并與Clark氧電極（電化學換能器）相結(jié)合，制備簡單、快速、靈敏的幾種基于耗氧反應的酶和細菌的生物傳感器。通過優(yōu)化實驗條件，分別建立了測定半乳糖、乙醇

3、和甲烷的分析方法，并將其應用于實際樣品中半乳糖、乙醇的分析測定。
　　第一章:主要綜述了生物傳感器的特點、研究現(xiàn)狀及其應用。
　　第二章:以戊二醛為交聯(lián)劑，將半乳糖氧化酶共價交聯(lián)固定于雞蛋殼膜載體上，基于半乳糖氧化酶能催化半乳糖的氧化反應，利用Clark氧電極構(gòu)建了半乳糖生物傳感器，通過氧濃度的變化間接測定半乳糖，并對實驗條件、電極的響應特性、可能存在的干擾物進行了考察。實驗結(jié)果表明，用于半乳糖測定的最佳實驗條件為:底液磷酸

4、緩沖溶液濃度為74 mM，pH=7.0，實驗溫度為室溫。該傳感器的平均響應時間為100秒，半乳糖濃度在1.0×10-4-8.5×10-3mol/L呈良好的線性關(guān)系(r2=0.9984)，以信噪比的3倍計算傳感器的檢出限為5.0×10-5mol/L，相對標準偏差為3.74％(n=7)，連續(xù)使用3個月后，響應值降為初始值的83.6％。實際樣品中可能存在的干擾物對測定無干擾，并進行了回收實驗。結(jié)果表明，此種傳感器具有選擇性高，重現(xiàn)性好，操作簡

5、便，干擾少，檢測速度快，使用壽命長等優(yōu)點，對于食品和臨床的半乳糖檢測具有重要的意義。
　　第三章:在氧氣存在下，乙醇氧化酶可催化氧化乙醇生成乙醛和過氧化氫，氧濃度的變化可引起Clark氧電極電流信號的改變?；谏鲜鲈?，以殼聚糖為交聯(lián)劑，將乙醇氧化酶固定于新鮮雞蛋殼膜上，將固定有酶的雞蛋膜緊貼于Clark氧電極表面設計出一種簡便、快速、靈敏和穩(wěn)定性高的乙醇生物傳感器。并對實驗條件、電極的響應特性、可能存在的干擾物及實際樣品進行了考

6、察。實驗結(jié)果表明，酶的固定化及樣品測定的最佳實驗條件為:殼聚糖濃度為0.50％(w/v)，乙醇氧化酶的最佳用量為1.0 mg，底液磷酸緩沖溶液濃度為25 mM，pH=7.4，實驗溫度為室溫。該傳感器的平均響應時間為1分鐘，乙醇濃度在6.0×10-5-8.0×10-4mol/L呈良好的線性關(guān)系(r2=0.9988)，該傳感器的檢出限為3.0×10-5mol/L, RSD為3.20％(n=11)，連續(xù)使用3個月后，響應值降為初始值的86.6

7、％。在干擾測定中只有甲醇、正丙醇、正丁醇表現(xiàn)出一定形式的干擾，實際樣品中其它可能存在的干擾物對測定無干擾。并對酒樣品中乙醇含量進行了測定和回收實驗，結(jié)果滿意。
　　第四章:甲烷氧化細菌能在室溫下催化氧化甲烷，并在催化過程中消耗氧。采用聚乙烯醇將甲烷氧化細菌固定化，并與Clark氧電極結(jié)合設計出一種簡便，快速，靈敏的生物傳感系統(tǒng)。并對實驗條件、傳感系統(tǒng)的響應特性等進行了考察。實驗結(jié)果表明，細菌的固定化及甲烷測定的最佳實驗條件為:聚乙

8、烯醇濃度為0.50％(w/v)，細菌的最佳用量和比率分別為40 mg和1∶1。底液磷酸緩沖溶液的pH=7.0，實驗溫度為室溫。建立了甲烷測定的生物傳感新方法。該方法的平均響應時間為100秒，甲烷濃度在1％-5％(v/v)呈良好的線性關(guān)系(r2=0.9912)，RSD為3.10％(n=8)，檢測限(S/N=3)為0.3％(v/v)。連續(xù)使用1個月后，響應值降為初始值的50.0％。
　　第五章:結(jié)合在不同高分子材料上酶與細菌的固定化包

9、括在蛋殼膜上用戊二醛固定半乳糖氧化酶、殼聚糖固定乙醇氧化酶、以及聚乙烯醇固定甲烷氧化細菌，初步探討了固定化機理。
　　第六章:合成了一種對甲烷具有選擇性吸附的傳感膜材料（穴番A）。以香草醛為原料，在乙醇溶液中和1，2-二溴乙烷反應生成1，2-二(4-甲酰-2-甲氧基苯氧基)乙烷，再依次對其進行硼氫化和質(zhì)子化，三步合成籠狀超分子主體化合物穴番-A。產(chǎn)物通過硅膠柱分離純化后用核磁光譜對其進行了分析鑒定，并且用熒光和紫外光譜對它的發(fā)光性