基于新型羥基磷灰石復(fù)合材料的電化學(xué)生物傳感器研究.pdf

1、生物傳感器因在生化分析、臨床檢測、環(huán)境監(jiān)測以及食品加工業(yè)等領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用,引起了科研工作者極大的研究熱情,而材料科學(xué)的發(fā)展則為其注入了新的活力,分析工作者們致力于研究發(fā)現(xiàn)新的生物相容性好的材料以提高生物傳感器的性能。納米材料因具有獨特的結(jié)構(gòu)、無與倫比的電子傳輸能力等特點,在生命電分析領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,引起了人們?nèi)找鎻V泛的關(guān)注。
　　羥基磷灰石是人體骨骼的無機(jī)成分,目前已被用于骨植入材料和酶載體。臨床試驗證明,羥基磷灰石

2、具有優(yōu)良的生物活性以及生物相容性,由于羥基磷灰石良好的生物活性和多吸附位點,以及與蛋白質(zhì)之間的相互作用,使其在研究蛋白質(zhì)直接電化學(xué),構(gòu)建生物傳感器等領(lǐng)域具有一定的優(yōu)勢。
　　本論文主要利用幾種新型羥基磷灰石復(fù)合材料修飾電極,研究了氧化還原蛋白質(zhì)(GOD,Hb,HRP,Mb)的直接電子傳遞,并用于構(gòu)建葡萄糖和過氧化氫電化學(xué)生物傳感器,該研究擴(kuò)展了羥基磷灰石在電分析領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　主要內(nèi)容如下:
　　1.葡萄糖氧化酶在羥

3、基磷灰石/Nafion復(fù)合膜修飾電極上的直接電化學(xué)及其對葡萄糖的生物傳感將葡萄糖氧化酶(GOD)固定于羥基磷灰石(HAp)/Nafion復(fù)合膜,構(gòu)建了高靈敏度、高選擇性的葡萄糖傳感器。HAp和Nafion良好的協(xié)同作用,可以有效地提高傳感器的穩(wěn)定性與靈敏度。實驗結(jié)果表明:固定在復(fù)合膜修飾電極上的葡萄糖氧化酶呈現(xiàn)出一對較好的近乎可逆的氧化還原峰,并且對葡萄糖的氧化有良好的催化作用,同時消耗溶解氧,從而導(dǎo)致溶解氧還原峰的降低。在0.12～2

4、.16mM濃度范圍內(nèi),溶解氧還原電流的降低與葡萄糖的濃度成正比,據(jù)此可以測定出溶液中葡萄糖的濃度,該傳感器的檢出限和靈敏度分別為0.02mM(S/N=3)和6.75mA×M-1。因此,HAp/Nafion復(fù)合膜為酶的固定和直接電化學(xué)研究提供了一個新的有效平臺,在構(gòu)建新型無試劑葡萄糖傳感器方面具有較大的應(yīng)用前景。
　　2.血紅蛋白在親水石墨烯-羥基磷灰石復(fù)合膜內(nèi)的直接電化學(xué)及其電催化性能研究通過將片層氧化石墨與聚苯乙烯磺酸鈉(PSS

5、)反應(yīng)同時于水熱條件下水合肼還原快速合成了親水石墨烯片。高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)分析結(jié)果顯示,制得的聚苯乙烯磺酸鈉改性的親水石墨烯纏繞在一起就像褶皺的絲綢。
　　將血紅蛋白(Hb)固定于羥基磷灰石和親水石墨烯復(fù)合膜修飾電極上,研究了血紅蛋白的直接電化學(xué)性質(zhì),構(gòu)建了安培過氧化氫傳感器。在該復(fù)合膜修飾電極上,血紅蛋白表現(xiàn)出一對較好的氧化還原峰,其式量電位為-0.295 V,對應(yīng)于Hb中FeIII/FeII電對的氧化還原電位,

6、且對過氧化氫(H2O2)的還原具有較好的催化作用,可作為傳感器用于過氧化氫的檢測。該生物傳感器對過氧化氫的還原具有快速的安培響應(yīng)(<5 s)和較低的檢出限(0.58μM)。
　　3.辣根過氧化酶在Nafion/二氧化鈦-羥基磷灰石復(fù)合膜內(nèi)的直接電子傳遞及其新型過氧化氫傳感器的構(gòu)建制備了新型的生物相容性Nafion/二氧化鈦-羥基磷灰石功能復(fù)合材料,利用該復(fù)合膜固定辣根過氧化酶(HRP)制備成修飾電極,研究了HRP的直接電子傳遞,構(gòu)

7、建了靈敏的安培過氧化氫傳感器。實驗結(jié)果表明:該修飾膜可以保持辣根過氧化酶的生物活性,并能加快辣根過氧化酶在電極表面的直接電子傳遞,在沒有媒介體存在的情況下,該修飾電極對H2O2表現(xiàn)出極好的催化作用。構(gòu)建了具有高靈敏度(74.1mA M-1),低檢出限(0.46μM),寬線性范圍(2～120μM)和快速響應(yīng)(大約3s)的生物傳感器,可以實現(xiàn)對H2O2快速、準(zhǔn)確的檢測。計算出HRP的表觀米氏常數(shù)為13.6μM,表明該復(fù)合膜對辣根過氧化酶具較

8、好的親和作用并能保持酶的催化活性。
　　4.肌紅蛋白在明膠-HAp雜化膜修飾電極上的直接電化學(xué)及其對H2O2的生物傳感制備了明膠(Gelatin)-HAp雜化膜并用于固定肌紅蛋白(Mb),研究了Mb在該雜化膜修飾玻碳電極上的直接電化學(xué)以及電催化行為。在0.1MpH7.0的PBS中,固定在雜化膜內(nèi)的Mb顯示出一對準(zhǔn)可逆的氧化還原峰,式量電位為-0.377V,在pH為5.0～9.0的范圍內(nèi),式量電位與pH成線性關(guān)系,斜率為-48.0m