微噴涂生物傳感器——一類新型傳感器構建技術研究.pdf

1、食品是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎,而食品安全問題是關系到人體健康和國計民生的重大問題。評價一種食品是否安全,就是要依靠一定的檢測手段提供科學依據,確定食品中的有毒有害物質的含量和毒性,通過風險評估來考慮其是否對人體造成實際的危害。傳統(tǒng)的檢測手段所需時間長,需要昂貴的設備,操作復雜,因此發(fā)展新型、快捷、經濟、準確的快速檢測手段,是食品安全的一項重要研究內容。 目前應用較廣泛的食品安全快速檢測手段主要有熒光分析、快速檢測試劑盒、快

2、速檢測試紙條、生物傳感器等。生物傳感器具有體積小、成本低、靈敏度高、選擇性好、抗干擾能力強、響應快等優(yōu)點,近年來成為研究熱點之一。本論文主要是研究利用微噴涂技術構建一類新型的生物傳感器,論文主要圍繞以下幾個方面開展了-些工作： 1. 微噴涂技術條件的優(yōu)化。 本研究是利用微噴涂技術進行傳感器的制備,在制備過程中噴涂針頭的堵塞和導電線路的不完整性將直接影響到傳感器的電化學性能。研究了銀漿材料的流變學性質、噴涂針頭的內徑大小、

3、噴涂壓力、等待延滯時間、噴涂針頭和基底材料的間距對所制備傳感器性能的影響。最后選用的微噴涂參數為：銀漿的粘度8000CPS～9000CPS;噴涂針頭內徑為0.15mm;延滯時間50ms～300ms;噴涂壓力20 KPa：噴涂針頭和基底材料間距為0.1mm;Z軸回復高度0.2mm～0.5mm。 2. 微噴涂傳感器的構建及性能表征。 在電腦上利用AutoCAD,Photoshop等作圖軟件對傳感器的圖案進行設計之后,編寫好相

4、應的程序,輸入到系統(tǒng)中,然后制備三電極系統(tǒng)的傳感器,利用銀漿制備成導電線路,Ag/AgCl作為參比電極,并在工作電極和輔助電極的表面用導電高分子材料PEDOT/PSS(3,4-ethylenedioxythiophene/polystyrene sulfonic acid)進行修飾。用實體顯微鏡和原子力顯微鏡表征了傳感器的表面形態(tài)特征,實驗結果表明傳感器表面形態(tài)良好。在1mmol/L的硫堇溶液中用循環(huán)伏安法對傳感器進行了電化學表征,記錄

5、傳感器的氧化峰電位Epa、氧化峰電流Ipa和半波電位Epa/2,采用Epa、Epa/2、Ipa和電荷傳遞系數α作為評估電極一致性的指標。結果顯示傳感器具有較好的電化學性能、穩(wěn)定性、批量一致性。 3. 微噴涂葡萄糖氧化酶傳感器。 在本研究中, 在制備了空白的三電極傳感器之后,用微噴涂技術在工作電極的表面滴涂上PEDOT/PSS導電高分子材料,將葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOD)和電子媒介體鐵氰化鉀溶解于

6、羧甲基纖維素(carboxymethyI cellulose,CMC)溶液中,然后直接滴涂在工作電極上面,自然晾干,形成生物敏感膜,制備成微噴涂葡萄糖氧化酶傳感器。實驗結果表明用微噴涂技術構建的葡萄糖氧化酶傳感器檢測葡萄糖溶液具有良好的響應,在0.5mg/L～5.0mg/L葡萄糖濃度范圍內有較好的線性相關度,線性相關系數達到了0.9894,傳感器的一致性和穩(wěn)定性良好。 4. 微噴涂辣根過氧化物酶傳感器。 在本實驗中為了檢

7、驗所制備傳感器的性能, 又制備了用辣根過氧化物酶(horseradish peroxidase,HRP)進行修飾的生物傳感器,用來檢測H2O2。在實驗中, 先用高分子導電材料PEDOT/PSS成膜修飾到空白電極上面,然后在導電高分子薄膜之上修飾辣根過氧化物酶,自然晾干之后,整個工作電極用具有選擇性的醋酸纖維素半透膜進行封裝。 經電化學檢測之后,實驗結果顯示,制備的微噴涂辣根過氧化物酶傳感器對H2O2具有非常良好的靈敏性,在0.5