基于納米復(fù)合材料構(gòu)建電流型酶生物傳感器的研究.pdf

1、自1962年首次報(bào)道葡萄糖生物傳感器近半個(gè)世紀(jì)以來(lái),酶生物傳感器因其具有線性范圍寬、靈敏度高、檢測(cè)限低、選擇性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)在臨床醫(yī)學(xué)、食品、環(huán)境、工業(yè)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用而備受關(guān)注。
　　 納米材料不僅具有表面與界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等特殊性能,而且還具有良好的生物相容性可以保持蛋白質(zhì)分子的活性和穩(wěn)定性,此外,大的比表面積可以增加蛋白質(zhì)分子的固載量。納米材料由于具有以上優(yōu)點(diǎn)被不斷運(yùn)用到酶生物傳感器

2、的構(gòu)建過(guò)程中,以期望提高酶生物傳感器性能。基于以上考慮,本文運(yùn)用納米納米復(fù)合材料分別構(gòu)建了辣根過(guò)氧化物酶、葡萄糖氧化酶、膽固醇氧化酶等三種酶生物傳感器,傳感器在檢測(cè)限、靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性等性能方面較先前酶生物傳感器有較大程度的改善。
　　 本論文主要開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的工作:
　　 1.基于金納米線/納米二氧化鈦復(fù)合材料的過(guò)氧化氫生物傳感器的研究
　　 通過(guò)結(jié)合納米二氧化鈦(nano-TiO2)和金納米線(A

3、uNWs)的自身優(yōu)勢(shì)構(gòu)建了一個(gè)簡(jiǎn)單有效檢測(cè)過(guò)氧化氫(H2O2)的生物傳感器。nano-TiO2具有優(yōu)良的生物兼容性和成膜性,可以更好的保持酶的活性。合成的AuNWs有類(lèi)似“電子導(dǎo)線”的作用加快電子傳遞,可縮短傳感器的響應(yīng)時(shí)間。AuNWs較單個(gè)Au納米粒子顆粒可固載更多的酶,提高傳感器的靈敏度。在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下,對(duì)傳感器的性能進(jìn)行詳細(xì)研究,該傳感器的響應(yīng)電流與H2O2的濃度在2.3μmol·L-1～2.4mmol·L-1范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線

4、性關(guān)系,檢出限為0.7μmol·L-1(信噪比為3),米氏常數(shù)為1.27mmol·L-1。該傳感器具有良好的穩(wěn)定性、選擇性和重現(xiàn)性。此外,對(duì)所制備的傳感器進(jìn)行了實(shí)際樣品的檢測(cè)分析。
　　 2.具有氧化還原電活性的多孔多壁碳納米管-聚苯胺納米復(fù)合材料的制備、表征及其在葡萄糖生物傳感器中的應(yīng)用
　　 首次以過(guò)硫酸鉀為氧化劑原位化學(xué)合成了多壁碳納米管-聚苯胺(MWCNT-PANI)納米復(fù)合材料。制備的MWCNT-PANI納米復(fù)

5、合材料進(jìn)行透射電子顯微鏡(TEM)、紅外光譜(FT-IR)和紫外可見(jiàn)(UV-Vis)光譜表征。該復(fù)合材料表面疏松多孔且具有氧化還原性及優(yōu)良的導(dǎo)電性。將該納米復(fù)合材料和鉑納米粒子(Pt)結(jié)合制備了一種電流型葡萄糖生物傳感器。運(yùn)用掃描電子顯微鏡(SEM)和循環(huán)伏安法(CV)對(duì)電極的修飾過(guò)程進(jìn)行了研究。由于MWCNT、PANI、Pt三者的協(xié)同催化作用,在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下,該傳感器在3.0μmol·L-1～8.2mmol·L-1范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線

6、性響應(yīng),檢測(cè)限為1.0μmol·L-1(信噪比為3),靈敏度為21μA·L·mol-1。此外,該傳感器還表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性、較高的靈敏度和重現(xiàn)性。
　　 3.基于多壁碳納米管.聚苯胺/鉑納米粒子復(fù)合材料的電流型膽固醇生物傳感器研究
　　 在玻碳電極表面一步電聚合多壁碳納米管.聚苯胺(MWCNT-PANI)和電沉積鉑(Pt)納米顆粒,并以固定膽同醇氧化酶(ChOx)為酶模型,構(gòu)建了一個(gè)電流型膽固醇(Cholester01)

7、生物傳感器。該傳感器構(gòu)建方法簡(jiǎn)單、制備周期短。MWCNT-PANI納米復(fù)合膜的形態(tài)用掃描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)行表征。傳感器的電化學(xué)性能運(yùn)用循環(huán)伏安法(CV)、電化學(xué)阻抗(EIS)和計(jì)時(shí)電位法進(jìn)行了研究。由于MWCNT-PANI和Pt之間的協(xié)同電催化作用,膽固醇傳感器表現(xiàn)出優(yōu)良的性能:線性范圍為2.0μmol·L-1～520μmol·L-1,檢測(cè)限為0.8μmol·L-1(性噪比為3),靈敏度為109.9μA·L·mmol-1,響應(yīng)時(shí)間