基于新型納米材料構(gòu)建電致化學(xué)發(fā)光酶生物傳感器檢測(cè)乳酸、膽堿和有機(jī)磷農(nóng)藥的研究.pdf

1、酶生物傳感器以固定化酶膜為生物識(shí)別元件，修飾電極為信號(hào)轉(zhuǎn)換器件，通過(guò)酶促反應(yīng)改變電化學(xué)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。電致化學(xué)發(fā)光（簡(jiǎn)稱ECL）是指發(fā)光物質(zhì)在電極表面經(jīng)由電化學(xué)和化學(xué)發(fā)光后，形成高能的激發(fā)態(tài)，再經(jīng)弛豫而產(chǎn)生光的過(guò)程。ECL酶生物傳感器是ECL檢測(cè)技術(shù)與酶促反應(yīng)相結(jié)合的新型傳感器，不僅具有酶生物傳感器的高度專一性和選擇性催化的功能，還具有ECL技術(shù)的操作簡(jiǎn)便快速、靈敏度高和背景信號(hào)低等優(yōu)點(diǎn)。
　　氧化還原酶的酶促反應(yīng)一般都會(huì)消耗

2、溶解氧（O2），產(chǎn)生過(guò)氧化氫（H2O2）。而O2和H2O2常作為許多ECL發(fā)光物質(zhì)的共反應(yīng)試劑，因此可以通過(guò)消耗O2或產(chǎn)生H2O2以減弱或增強(qiáng)ECL信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)酶促反應(yīng)底物（或酶抑制劑）的檢測(cè)。傳統(tǒng)的檢測(cè)酶促反應(yīng)底物或酶抑制劑的ECL生物傳感器大多采用魯米諾-過(guò)氧化氫（luminol-H2O2）或CdTe量子點(diǎn)-氧氣（CdTe QDs-O2）發(fā)光體系。
　　本論文構(gòu)建了基于luminol-H2O2和共軛聚合物納米顆粒-H2O2

3、（PFO-H2O2）體系的單信號(hào)ECL傳感器，分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)乳酸和膽堿的測(cè)定。還結(jié)合PFO-H2O2與CdTe QDs-O2 ECL體系構(gòu)建了新型的比率型ECL生物傳感器檢測(cè)酶抑制劑有機(jī)磷。主要研究如下：
　　1.基于氮化碳納米片-氯化血紅素納米復(fù)合物和空心納米金顆粒構(gòu)建電致化學(xué)發(fā)光生物傳感器檢測(cè)乳酸
　　本研究結(jié)合氮化碳（g-C3N4）納米片、氯化血紅素（hemin）和空心納米金顆粒（HGNPs）構(gòu)建了一新型的ECL生物傳感

4、器檢測(cè)乳酸。首先，在600°C高溫下聚合三聚氰胺得到塊狀的g-C3N4，通過(guò)超聲輔助液相剝離法制備g-C3N4納米片。然后，制備g-C3N4納米片和hemin的納米復(fù)合物（g-C3N4/hemin）并將其修飾于玻碳電極上。隨后，HGNPs自組裝到電極上，進(jìn)一步吸附乳酸氧化酶以制得乳酸生物傳感器。由于g-C3N4/hemin和HGNPs對(duì)luminol-H2O2體系具有良好的催化作用，在線性范圍1.7×10-8~5.0×10-4 mol·

5、L-1內(nèi)，制備的生物傳感器對(duì)乳酸呈現(xiàn)了良好的響應(yīng)性能，檢測(cè)限為5.5×10-9 mol·L-1。所制備的ECL傳感器顯示出令人滿意的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。g-C3N4和hemin的納米復(fù)合物在luminol-H2O2體系中顯示了較好的應(yīng)用潛能。
　　2.藍(lán)色發(fā)光共軛聚合物納米顆粒的陽(yáng)極ECL行為及其在檢測(cè)膽堿的應(yīng)用
　　研究了共軛聚合物（9,9-正二辛基芴基-2,7-二基）（PFO）納米顆粒的陽(yáng)極ECL行為及其可能的ECL機(jī)理。由

6、于H2O2可以作為PFO的共反應(yīng)試劑從而實(shí)現(xiàn)PFO的ECL信號(hào)放大，因此，以膽堿氧化酶（ChOx）為模型，通過(guò)制備PFO和C60-聚酰胺-胺（C60-PAMAM）的復(fù)合物，以此為基質(zhì)固載膽堿氧化酶制備傳感器，研究PFO在氧化還原酶的ECL傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。由于C60和PAMAM都可以增強(qiáng)PFO的ECL信號(hào)，所構(gòu)建的生物傳感器在1.25×10-9~9.45×10-5 mol·L-1范圍內(nèi)對(duì)膽堿呈現(xiàn)出良好的響應(yīng)，檢測(cè)限為5.00×10-10

7、mol·L-1。此外，C60-PAMAM-PFO修飾電極也可以作為無(wú)酶?jìng)鞲衅鲗?shí)現(xiàn) H2O2的定量檢測(cè)，檢測(cè)范圍為：2.30×10-9~8.05×10-3 mol·L-1，檢測(cè)限為：6.10×10-10 mol·L-1。C60，PAMAM和PFO三者的結(jié)合將為ECL生物傳感器的構(gòu)建和生物催化提供一個(gè)新的平臺(tái)。
　　3.新型雙電位比率型ECL酶抑制生物傳感器用于有機(jī)磷檢測(cè)
　　ECL比率分析通常是基于一種發(fā)光物質(zhì)和一種金屬納米材

8、料之間或兩種不同的發(fā)光物質(zhì)之間的能量轉(zhuǎn)移而構(gòu)建的。合適的能量供-受體對(duì)的選擇和能量轉(zhuǎn)移的距離依賴性極大限制了比率分析法的實(shí)際應(yīng)用。本工作探索了一種無(wú)能量轉(zhuǎn)移的雙電位比率型ECL傳感器用于農(nóng)藥有機(jī)磷（OPs）的檢測(cè)。利用酶促反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物分別作為陰極和陽(yáng)極發(fā)光物質(zhì)的共反應(yīng)試劑以實(shí)現(xiàn)兩ECL信號(hào)的相反變化趨勢(shì)。以還原的氧化石墨烯-碲化鎘量子點(diǎn)（RGO-CdTe QDs）復(fù)合物為陰極發(fā)光物質(zhì)，羧基功能化的聚芴衍生物聚（9,9-正二辛基芴

9、基-2,7-二基）納米顆粒（PFO）為陽(yáng)極ECL發(fā)光物質(zhì)。溶解氧和酶促反應(yīng)原位產(chǎn)生的過(guò)氧化氫（H2O2）分別作為陰極和陽(yáng)極的共反應(yīng)試劑。以有機(jī)磷（OPs）為目標(biāo)分析物的模型。在底物硫代乙酰膽堿（ATCl）存在下，隨著乙酰膽堿酯酶（AChE）和膽堿氧化酶（ChOx）引起的酶促反應(yīng)的發(fā)生，溶解氧被消耗，陰極發(fā)光物質(zhì)RGO-CdTe QDs的ECL信號(hào)被猝滅；同時(shí)，原位生成的H2O2將使陽(yáng)極發(fā)光物質(zhì)PFO獲得一強(qiáng)的ECL信號(hào)。當(dāng)有機(jī)磷農(nóng)藥存在