ZnO等新型納米材料用于酶及免疫傳感器研究.pdf

1、近年來，生物傳感器的研究和應(yīng)用發(fā)展迅猛，它利用生物活性物質(zhì)的親和性，如酶-底物、酶-輔基、抗原-抗體、激素-受體等的分子識別功能，可以有選擇地檢測待測物。由于生物活性物質(zhì)具有專一識別功能，使得生物傳感器具有較高的選擇性，能直接應(yīng)用于復(fù)雜樣品的檢測。生物傳感器以靈敏度高、選擇性好、分離過程和檢測技術(shù)合為一體、不需要樣品預(yù)處理等特點(diǎn)而受到廣泛重視，目前發(fā)展很快，已應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)檢測、工業(yè)過程控制、環(huán)境檢測、化學(xué)物質(zhì)安全性評價(jià)以及食品、制藥等

2、許多領(lǐng)域。 在生物傳感器構(gòu)建中，其關(guān)鍵技術(shù)之一就是如何將生物分子穩(wěn)定、高活性地固定到換能器表面。納米材料，因其具有大的比表面積、高的表面活性、強(qiáng)吸附力及高催化效率等優(yōu)異特性，可在增加生物分子(酶、抗原或抗體等)的吸附量和穩(wěn)定性的同時(shí)提高生物分子(酶)的催化活性，使傳感器的響應(yīng)靈敏度得到提高。自準(zhǔn)一維功能材料誕生以來，因其具有獨(dú)特的物理化學(xué)特性而引起了人們的廣泛關(guān)注。作為納米材料的重要組成部分，一維納米材料對構(gòu)筑納米器件、發(fā)展新型

3、功能材料具有重要的意義。本研究論文主要是通過發(fā)展新型的生物納米材料及其固定方法，以達(dá)到改進(jìn)固定生物組分活性、提高傳感器靈敏度等目的，以此為出發(fā)點(diǎn)分別用水(第2章)和乙醇(第3、4章)做溶劑，利用溶劑熱法合成了片狀和棒狀的納米ZnO，這兩種方法均具有實(shí)驗(yàn)操作簡單、環(huán)境污染少、成本低、產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)；這兩種方法所得到的材料均成功應(yīng)用于生物傳感器的構(gòu)建(酚類、過氧化氫、葡萄糖傳感器)。另外，利用納米金的吸附性和生物兼容性以及辣根酶標(biāo)記脂質(zhì)體的信

4、號增強(qiáng)放大作用制備了電流型免疫傳感器用于人IgG的測定(第5章)。具體內(nèi)容如下： 1.納米材料有很好的生物兼容性，由于周圍有利的微環(huán)境，所以它們能很好地保持酶的活性，并且能增強(qiáng)酶的活性位點(diǎn)和電極之間的電子轉(zhuǎn)移能力。在第2章中，發(fā)展了基于新型納米材料ZnO為固定基質(zhì)的無電子媒介的酚類傳感。低等電點(diǎn)的酪氨酸酶通過靜電作用吸附在納米ZnO粒子的表面，然后通過殼聚糖在表面成膜而固定在電極上，該傳感器對三種酚類化合物的測定顯示出高的靈敏度

5、和快速響應(yīng)的特點(diǎn)，其中對苯酚的測定的線性范圍為1.5×10-7～7.5×10-5molL-1，檢測限為0.05μmolL-1，靈敏度為182μAmmol-1L。另外，對其表觀米氏常數(shù)也進(jìn)行了測定。 2.第3章中，利用溶劑熱方法合成棒狀的納米氧化鋅，之后將合成的棒狀的納米氧化鋅按照一定的濃度分散在六偏磷酸鈉溶液中形成穩(wěn)定的納米粒子分散液，以此作為辣根過氧化酶的固定基質(zhì)。將ZnO/HRP固定在玻碳電極上，接著滴加Nafion在ZnO

6、/HRP修飾的電極上，作為穩(wěn)定和防止HRP溶解的保護(hù)層。對影響酶電極電化學(xué)性質(zhì)的參數(shù)如pH值、工作電壓及傳感器的操作和儲存的穩(wěn)定性都做了研究。結(jié)果表明，該傳感器在電子媒介對苯二酚存在時(shí)，對H2O2有快速響應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間小于5s，測定的線性范圍為1.0×10-5～2.2×10-3molL-1，檢測限為0.2μmolL-1。該傳感器表現(xiàn)出了良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。 3.在前面的研究中，我們發(fā)現(xiàn)納米氧化鋅是固定辣根過氧化酶的理想材料。在第

7、4章中，發(fā)展了基于ZnO/Nafion復(fù)合膜的葡萄糖傳感器。這種復(fù)合材料結(jié)合了無機(jī)納米材料ZnO和有機(jī)聚合物Nafion的優(yōu)點(diǎn)，既增大了酶的固定量同時(shí)也能保持酶的活性和防止酶的泄漏。用復(fù)合膜將葡萄糖氧化酶(GOD)和辣根過氧化酶(HRP)同時(shí)固定在玻碳電極上，由于在固定GOD的同時(shí)也固定了HRP，所以傳感器實(shí)現(xiàn)了在較低電位下檢測葡萄糖，消除了電活性物質(zhì)的干擾。該傳感器用于葡萄糖檢測顯示出高的靈敏度和快速的響應(yīng)，線性范圍為2.5×10-5

8、～3×10-3molL-1，檢測限為5.0μmolL-1，靈敏度為1.66μAmmol-1L。 4.在第5章中，發(fā)展了一種基于辣根過氧化酶及抗體修飾的脂質(zhì)體信號放大的電流型免疫傳感器，通過夾心式免疫分析測定人免疫球蛋白(HIgG)。分析步驟包括：將納米金共價(jià)固定于巰基化金電極表面，用以吸附固定羊抗人IgG抗體(G-anti-HIgG，Ab)，并采用高碘酸氧化法將此抗體與HRP共同修飾于脂質(zhì)體表面(Ab-HRP-Liposome)