基于納米材料的生物傳感器的研究.pdf

1、本論文工作擬主要集中在電分析化學(xué)中最活躍的研究領(lǐng)域——基于新型納米材料電化學(xué)傳感器的研制：將新型納米材料——導(dǎo)電高分子納米材料、殼核納米復(fù)合材料等引入生物傳感器，通過(guò)采用電化學(xué)修飾、模板合成等技術(shù)手段對(duì)納米材料進(jìn)行功能化設(shè)計(jì)，將蛋白質(zhì)、酶等生物分子嫁接到其表面，進(jìn)而展開(kāi)生物分子識(shí)別的研究，以期建立高靈敏度、高選擇性、高穩(wěn)定性的生物分子檢測(cè)手段，研究開(kāi)發(fā)新型的基于納米材料的生物傳感器，并將其應(yīng)用于實(shí)際生物樣品(如血清，尿樣等)的檢測(cè)，為生

2、命科學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域的研究提供新的分析方法，努力實(shí)現(xiàn)將納米技術(shù)、電分析化學(xué)和生命科學(xué)三者的結(jié)合。圍繞這一課題，本論文開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的工作： 一、基于Au溶膠Si02核/殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料修飾的葡萄糖生物傳感器的研究 金溶膠由于其比表面積大、表面活性中心多、表面反應(yīng)活性好、催化效率高以及吸附能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的金屬納米微粒材料，在酶的固定、生物分子的識(shí)別以及傳感界面的構(gòu)筑等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。

3、 二氧化硅具有多孔性、無(wú)毒性、化學(xué)惰性、熱穩(wěn)定性以及良好的生物降解性和生物兼容性。同時(shí)，由于二氧化硅帶有親水基團(tuán)，在水溶液中具有良好的分散性，因此用其包裹金屬納米微粒，可以制得具有良好生物兼容性及分散性的殼核結(jié)構(gòu)復(fù)合納米材料。 本文利用SiO2包埋納米Au溶膠，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Au溶膠的表面剪裁，制備了Au溶膠SiO2核-殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料。選擇葡萄糖氧化酶作為模型分子，考察了Au溶膠SiO2復(fù)合納米微粒對(duì)葡萄糖氧化酶的固定。研究發(fā)現(xiàn)

4、Au溶膠SiO2核-殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料很好地保持了葡萄糖氧化酶的生物活性，從而有效地提高了傳感器的靈敏度和使用壽命，是一種很有發(fā)展前途的葡萄糖電化學(xué)傳感器。 二、聚苯胺摻金納米復(fù)合材料修飾電極的制備及其應(yīng)用于葡萄糖檢測(cè)的研究 作為傳感器，需要提供較大的比表面積和特殊的表面性質(zhì)來(lái)加快電子的傳遞和提高電流的響應(yīng)，納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺(納米線，納米管，納米纖維)提供了這種可能。金屬離子尤其是一些貴金屬的納米粒子，由于在非線性光學(xué)

5、交換、免疫分析標(biāo)記、拉曼光譜增強(qiáng)以及電化學(xué)催化等方面所表現(xiàn)出的優(yōu)異性能已經(jīng)成為構(gòu)筑新型生物傳感器的重要材料。因此，納米級(jí)金屬粒子與導(dǎo)電高聚物的復(fù)合逐漸成為近幾年的研究熱點(diǎn)。 本文利用化學(xué)聚合，把H2O2既做氧化劑又做還原劑，制備了納米線結(jié)構(gòu)的聚苯胺摻金復(fù)合材料，將其修飾于電極上對(duì)H2O2表現(xiàn)出很好的氧化催化，用戊二醛和牛血清白蛋白交聯(lián)葡萄糖氧化酶成功實(shí)現(xiàn)了葡萄糖氧化酶的固定。結(jié)果表明，該納米復(fù)合材料對(duì)葡萄糖氧化酶具有很好的生物兼

6、容性，且傳感器在1.0×10-7～8.0×10-4mol/L的濃度范圍內(nèi)葡萄糖濃度與氧化電流呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.9991，檢測(cè)限為5.0×10-7mol/L，可應(yīng)用于人體血清中葡萄糖含量的測(cè)定。 三、模板法合成普魯士藍(lán)納米陣列及其應(yīng)用于葡萄糖傳感器的研究 自從C.R.Martin研究小組利用多孔膜作為模板制備納米材料以來(lái)，采用模板法合成納米管、納米線的研究引起了人們的高度關(guān)注。普魯士藍(lán)(PB)膜修飾電極具有優(yōu)

7、良的電化學(xué)可逆性、極高的穩(wěn)定性及電催化性能，它對(duì)H2O2高靈敏的電催化作用在生物電化學(xué)領(lǐng)域也受到關(guān)注，被稱為“人工過(guò)氧化物酶”。本文以多孔氧化鋁為模板，采用電化學(xué)的方法合成了有序的納米PB陣列，進(jìn)一步固定葡萄糖氧化酶后制備成為性能優(yōu)良的葡萄糖傳感器。研究表明，基于PB納米陣列的葡萄糖傳感器工作電位可以降低到-0.1V(vsSCE)，完全避免了常見(jiàn)干擾物質(zhì)的影響，因此該傳感器不經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的修飾就可以應(yīng)用于實(shí)際血樣中葡萄糖含量的測(cè)定。

8、 四、電位控制模板合成鉑粒子及其在葡萄糖檢測(cè)中的應(yīng)用 在納米材料制備領(lǐng)域，利用表面活性劑分子在分散體系中形成的有序聚集體，如：膠束、反膠束、微乳相等性質(zhì)成功制備了各種納米材料。表面活性劑分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定其在溶液中必然形成膠團(tuán)，而膠團(tuán)的大小和膠團(tuán)的數(shù)目是可以通過(guò)控制表面活性劑結(jié)構(gòu)決定的。一般地，常用的表面活性劑形成的膠團(tuán)直徑均在納米范圍內(nèi)，可以為化學(xué)反應(yīng)提供特殊的微環(huán)境，即可以作為微反應(yīng)器，也可以起模板作用，使化學(xué)反應(yīng)在聚集體內(nèi)

9、發(fā)生，這樣就使得成核、聚集、團(tuán)聚等過(guò)程局限在一個(gè)微小的范圍內(nèi)，從而可以得到各種結(jié)構(gòu)的納米功能材料。本文中，在一0.2V的電位下，利用陰離子表面活性劑SDS做模板電沉積鉑粒子，該修飾電極對(duì)過(guò)氧化氫表現(xiàn)出很好的催化還原特性，且可應(yīng)用于流動(dòng)注射分析。將戊二醛交聯(lián)葡萄糖氧化酶將酶固定在該修飾電極上，對(duì)葡萄糖實(shí)現(xiàn)了定量測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該修飾電極具有很好的生物兼容性，且靈敏度較高，穩(wěn)定性較好。 五、聚苯胺摻雜鉑粒子復(fù)合材料的制備及其用于

10、H2O2的檢測(cè) 鉑作為一種高活性的貴金屬，在催化和電分析領(lǐng)域已有了廣泛的認(rèn)識(shí)和深入的研究。研究表明，鉑粒子修飾電極在氧化一些有機(jī)小分子物質(zhì)方面，其催化效果明顯優(yōu)于光鉑電極。研究發(fā)現(xiàn)，如果將某種物質(zhì)包裹于納米或微米粒子的外表對(duì)其進(jìn)行表面改性或制成復(fù)合粒子，將兩種性質(zhì)不同的納米粒子或微米粒子或納米與微米粒子制成復(fù)合粒子，都將有效地避免單一納米粒子的團(tuán)聚問(wèn)題，而且還可充分發(fā)揮納米粒子的優(yōu)異特性，提高其使用效果。 本文利用超聲的