基于納米沸石的生物傳感器的研究.pdf

1、生物傳感器是一門涉及化學，生物學，材料學．電子技術(shù)等諸多領域的交叉學科，在臨床醫(yī)學、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護等許多領域有著廣闊的應用前景。在生物傳感器的研究中，酶基電化學生物傳感器是十分重要的一類。而對于研制酶生物傳感器，生物分子的固定化是一個關鍵因素。納米材料顆粒比表面積大、表面自由能高，吸附能力較強，使更多的酶分子可以固定在納米顆粒表面上。另外，由于納米顆粒尺寸很小，有可能與酶內(nèi)部的親水基團發(fā)生作用，從而引起酶構(gòu)型上的變化。這種變化使得

2、酶的活性中心更接近底物，提高了酶的催化效率。納米沸石(nanozeolite)作為新型納米材料，除具有上述納米材料的一般特征外，還具有在溶液相和有機相中良好的分散性，表面電荷易調(diào)控，適合組裝成膜等特點，是固定生物分子的良好載體。本論文首先研究基于納米沸石的生物傳感器的制作，進而用電分析化學的方法研究層層組裝(Layer-by-Layer,LbL)的納米沸石膜對酶的吸附能力，最后將納米沸石組裝膜應用于酶生物傳感器和酶微反應器的制作和研究中

3、。論文包括以下四部分內(nèi)容： 1．概述納米材料及其在生物傳感器中的應用從以下幾個方面對該領域研究概況進行評述(1)生物傳感器的概念及制作(2)納米材料及其在生物傳感器中的應用(3)層層組裝技術(shù)在傳感器中的應用(4)本論文工作的目的與意義 2．基于納米沸石的過氧化氫生物傳感器的研究本實驗通過納米沸石溶膠及納米沸石組裝膜分別固定辣根過氧化物制備新型過氧化氫生物傳感器。前種方法制作的酶傳感器存在不穩(wěn)定、使用壽命短的問題，而后者能

4、很好的克服這個缺點并具有優(yōu)良的性能。工作條件經(jīng)優(yōu)化后，該傳感器在25℃，外加電壓為-0.25V，pH 7.4緩沖溶液中檢測H<,2>O<,2>溶液的線性范圍為2×10<'-6>M～1.0×10<'-4> M，檢測限為1×10<'-6>M。傳感器有良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，在使用一個月后，仍能保持其響應活性的80％。實驗說明納米沸石是固定酶分子良好的載體，為酶分子提供了適宜的微環(huán)境使固定化的酶能長期保持活性，在固定化酶生物傳感器的研究中有良好

5、的應用前景。 3．納米沸石組裝的表面及其應用于酪氨酸酶傳感器的研究本實驗通過納米沸石與陽離子聚電解質(zhì)采用層層組裝技術(shù)(LbL)在導電玻璃電極上構(gòu)建功能性的表面，并用石英晶體微天平監(jiān)測該組裝膜的形成過程和酪氨酸酶在該組裝膜上的吸附行為。實驗數(shù)據(jù)表明該表面具有很強的吸附酶的能力(大約每1克納米沸石可吸附350mg的酪氨酸酶)。將該組裝膜應用于傳感器的制作并用其檢測溶液中痕量的苯酚，具有很高的靈敏度(400μA mM<'-1>)、低的

6、檢出限(0.5 nM)和較寬的線性范圍(10 nM-18μM)。同時通過改變沸石的組裝層數(shù)可調(diào)控酶的負載量，從而控制酶電極的催化性能。由上述事實可見納米沸石組裝膜有良好的生物相容性、強的固酶能力及可調(diào)控性，在生物分子固定方面具有很大的應用潛力，在生物傳感器、酶反應器等納米生物器件中有廣泛的應用前景。 4．納米沸石組裝的表面應用于芯片酶微反應器的研究本實驗利用層層組裝的納米沸石膜修飾PET芯片微通道內(nèi)表面，并在通道內(nèi)固定胰蛋白酶制

7、作出芯片酶反應器。(Nanozeolite/PDDA)<,N>多層膜提供了一個親水性和生物相容性的界面，使固定化的胰蛋白酶仍保持良好的催化活性，同時由于大量的胰蛋白酶被限定在微通道中，使得標準蛋白質(zhì)在該酶反應器上能實現(xiàn)快速高效的酶解，酶解效率(350 mM min<'-1>μg<'-1>)遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)溶液酶解的方法。結(jié)合基質(zhì)輔助激光解析離子化飛行時間質(zhì)譜(MALDI-TOF MS)檢測，該芯片微反應器能夠酶解低至0.5μg/mL標準蛋白