基于納米復(fù)合材料的電化學(xué)傳感器檢測堆肥中酚類物質(zhì)及木質(zhì)素功能基因研究.pdf

1、堆肥法是目前有機(jī)固體廢物資源化的一種有效處理方法。在堆肥系統(tǒng)中，各種有機(jī)固體廢物中含有不少酚類污染物，微生物降解多環(huán)芳烴的過程中還會產(chǎn)生對苯二酚和鄰苯二酚兩種中間產(chǎn)物。木質(zhì)素是一種堆肥過程中大量存在且難以降解的芳香族化合物，錳過氧化物酶(MnP)和纖維二糖脫氫酶(CDH)在微生物降解木質(zhì)素的過程中其中起了關(guān)鍵性作用。電化學(xué)生物傳感器以其操作簡單、選響應(yīng)快速、選擇性好、靈敏度高、成本低廉等特點(diǎn)在環(huán)境、生物、醫(yī)藥及食品工程等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注

2、。將納米材料獨(dú)特的導(dǎo)電性、催化活性及生物相容性與生物分子高度的催化能力和特異性識別能力結(jié)合起來，構(gòu)建功能化的復(fù)合電極界面，為堆肥環(huán)境中污染物及其功能基因的分析檢測提供了一個(gè)新的技術(shù)平臺，對堆肥過程控制及環(huán)境監(jiān)測具有十分重要的意義。
　　本文以堆肥環(huán)境體系為研究對象，探討了基于碳納米管、石墨烯、金、鉑等納米復(fù)合材料的制備及功能化方法，合成并表征了多種水溶性納米材料，研究了它們的電化學(xué)性質(zhì)并將其應(yīng)用于生物傳感界面的修飾。通過酶、核酸探

3、針等生物分子在電極上的固定，構(gòu)建了一系列基于水溶性納米復(fù)合材料修飾的生物傳感器，用于堆肥環(huán)境中對苯二酚、鄰苯二酚及錳過氧化物酶和纖維二糖脫氫酶功能基因的高靈敏檢測。
　　利用硼氫化鈉化學(xué)還原及L-半胱氨酸共價(jià)結(jié)合的方法制備出一種水溶性石墨烯-納米鉑復(fù)合材料，構(gòu)建出一種新型電化學(xué)傳感器用于堆肥系統(tǒng)中的對苯二酚和鄰苯二酚的同時(shí)檢測。該納米復(fù)合物具有良好的水溶性和生物相容性，可明顯增大電極的有效比表面積、導(dǎo)電性能及催化活性。采用差分脈沖

4、伏安法將其用于堆肥浸出液中對苯二酚和鄰苯二酚的同時(shí)檢測，檢測下限分別為2.0×10-8M和1.0×10-8M。該傳感器特異性好，穩(wěn)定性強(qiáng)，靈敏度高，且不易受系統(tǒng)中其他物質(zhì)的干擾，能快速實(shí)現(xiàn)酚類污染物的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。
　　制備了一種基于水溶性碳納米管/L-賴氨酸/納米金共同修飾的漆酶生物傳感器用于對苯二酚和鄰苯二酚兩種物質(zhì)的高靈敏測定。將L-賴氨酸通過電沉積的方法聚合在納米金修飾后的玻碳電極上，滴涂剛果紅功能化的碳納米管水溶液，利用

5、戊二醛交聯(lián)的方法將漆酶固定。此固定化方法能很好地保持漆酶的生物活性，使得電極的催化能力大大提高，碳納米管及納米金均能明顯提高電極的導(dǎo)電性、比表面積等電化學(xué)特性。該傳感器制作簡單，響應(yīng)快速，靈敏度高，選擇性好，檢測下限達(dá)到了1.0×10-8M和1.0×10-9M，可用于各種環(huán)境中酚類污染物的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
　　采用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增及限制性內(nèi)切酶技術(shù)與基因傳感技術(shù)相結(jié)合，研制出一種基于辣根過氧化物酶和漆酶共同標(biāo)記的生物傳感器，用于錳過氧

6、化物酶和纖維二糖脫氫酶編碼基因的同時(shí)檢測。利用目標(biāo)鏈與巰基修飾的捕獲探針及雙酶標(biāo)記的響應(yīng)探針間夾心式雜交將其固定在電極表面，通過雙酶信號放大來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)基因的快速檢測。在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，采用計(jì)時(shí)電流法得到的還原電流與MnP和CDH兩種目標(biāo)基因濃度的常用對數(shù)值成良好的線性相關(guān)性，檢測下限分別為6.2×10-12M和3.0×10-11M。該生物傳感器選擇性好，精密度高，穩(wěn)定性和可重復(fù)性好，為污染物生物降解過程中微生物功能基因的協(xié)同作用機(jī)理分析

7、提供了很好的技術(shù)支持。
　　研制了一種基于納米金/多壁碳納米管/1，5-萘二胺復(fù)合膜修飾的生物傳感器用于纖維二糖脫氫酶功能基因的快速檢測。1，5-萘二胺導(dǎo)電聚合膜帶有大量自由氨基，有利于羧基化碳納米管在電極表面的固定。經(jīng)剛果紅共價(jià)修飾后的碳納米管導(dǎo)電性能好，水溶性也大大增強(qiáng)，為納米金提供了一定的結(jié)合位點(diǎn)，增強(qiáng)了DNA分子在電極表面的固定量，提高了生物催化反應(yīng)活性。將復(fù)合膜修飾后的電極通過掃描電鏡、循環(huán)伏安法及交流阻抗法進(jìn)行了表征。

8、該傳感器的靈敏度高，特異性好，操作簡便，成本低，檢測下限達(dá)到了1.2×10-16M，可應(yīng)用于生命科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)以及環(huán)境污染控制系統(tǒng)中實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。
　　開發(fā)出一種基于納米金/多壁碳納米管/石墨烯共同修飾的基因生物傳感器用于錳過氧化物酶功能基因的超靈敏檢測。L-半胱氨酸和剛果紅分別對石墨烯和碳納米管進(jìn)行功能化修飾，得到一種水溶性較好、導(dǎo)電性能優(yōu)越、生物相容性好的納米復(fù)合材料。為納米金的電化學(xué)沉積提供了良好的載體條件，明顯增大了電極的