基于溶膠-凝膠技術(shù)的納米生物傳感界面構(gòu)建.pdf

1、自1962年Clark提出了第一個(gè)酶電極模型以來(lái)，生物傳感器的研究得到了迅速發(fā)展，已成為現(xiàn)代分析化學(xué)和生命科學(xué)的重要前沿課題。性能優(yōu)良的生物載體材料的選擇和切實(shí)可行的固定化方法的建立，是高靈敏度、高選擇性生物傳感器成功研制的核心問(wèn)題，成為傳感技術(shù)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。近年發(fā)展起來(lái)的溶膠-凝膠技術(shù)，其載體為無(wú)機(jī)多孔材料，具有許多高分子材料無(wú)法比擬的特性，為生物活性物質(zhì)的固定化提供了性能優(yōu)良的材料。本論文將溶膠-凝膠的材料優(yōu)勢(shì)和多種固定化方

2、法相結(jié)合，成功研制了多種具有應(yīng)用前景的溶膠-凝膠電化學(xué)生物傳感器，主要內(nèi)容如下： 1.基于蒸汽溶膠-凝膠技術(shù)的GOD/sol-gel/PB修飾電極 采用電沉積方法將普魯士藍(lán)沉積到金電極表面；再采用蒸汽溶膠-凝膠技術(shù)，將葡萄糖氧化酶/二氧化鈦溶膠-凝膠(GOD/TiO2 sol-gel)固定在普魯士藍(lán)膜修飾的金電極上，構(gòu)建了一種新型的安培型葡萄糖生物傳感器。TiO2 sol-gel/PB膜具有大的比表面積、良好的機(jī)械穩(wěn)定性

3、和親水性，為葡萄糖氧化酶的固定化提供了良好的生物微環(huán)境，有效保持了固定化酶的生物活性。電化學(xué)方法對(duì)GOD/TiO2sol-gel/PB傳感器構(gòu)建過(guò)程的表征結(jié)果表明，采用本文方法可以實(shí)現(xiàn)酶在電極表面的有效固定。PB對(duì)H2O2的電化學(xué)還原具有良好的催化性能，同時(shí)，PB良好的導(dǎo)電性還有利于促進(jìn)電子在電極表面和反應(yīng)物之間的快速傳遞。將制備的GOD/TiO2 sol-gel/PB修飾電極用于對(duì)葡萄糖的催化檢測(cè)，具有響應(yīng)快速(10 s)、靈敏度高(

4、12.74μA mM-1 cm-2)、穩(wěn)定性好、檢出限低(5μM)、線性范圍寬(0.02～15 mM)和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 2.碳納米管/普魯士藍(lán)復(fù)合材料的制備及生物傳感應(yīng)用 采用蒸汽溶膠-凝膠法將碳納米管/普魯士藍(lán)(MWCNTs/PB)納米復(fù)合材料固定于金電極表面，制備了用于檢測(cè)H2O2的MWCNTs/PB修飾電極。采用電化學(xué)方法研究了TiO2、MWCNTs/TiO2、PB/TiO2以及MWCNTs/PB/TiO2修

5、飾電極對(duì)H2O2的催化還原作用，結(jié)果表明，MWCNTs/PB/TiO2修飾電極對(duì)H2O2的催化還原能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于MWCNTs/TiO2和PB/TiO2修飾電極，MWCNTs/PB納米復(fù)合物中的MWCNTs和PB對(duì)H2O2的電化學(xué)還原具有良好的協(xié)同催化效應(yīng)。進(jìn)而將葡萄糖氧化酶固定于MWCNTs/PB/TiO2修飾電極表面，制備了葡萄糖生物傳感器，用于對(duì)葡萄糖的催化測(cè)定，具有響應(yīng)快速、靈敏、選擇性好等特點(diǎn)。本方法不僅拓展了蒸汽溶膠-凝膠技術(shù)的

6、應(yīng)用范圍，還為研究協(xié)同效應(yīng)提供了良好的模型體系。 3.葡萄糖氧化酶/溶膠-凝膠/普魯士藍(lán)生物傳感器的研制及應(yīng)用 采用電化學(xué)共沉積法將葡萄糖氧化酶/二氧化硅溶膠-凝膠沉積于普魯士藍(lán)修飾電極表面，掃描電鏡對(duì)GOD/sol-gel雜化膜在電極表面的形貌表征結(jié)果表明，采用電沉積法制得的GOD/sol-gel雜化膜表面均勻、無(wú)團(tuán)聚，且具有大量的三維結(jié)構(gòu)微/納孔洞，有利于被分析物向電極表面的快速傳質(zhì)；還采用紅外光譜和紫外光譜法對(duì)GO

7、D/sol-gel雜化膜在電極表面形成過(guò)程中GOD的生物活性進(jìn)行了表征，結(jié)果表明，sol-gel三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不僅為GOD提供了良好的生物相容性微環(huán)境，有利于保持酶的原始結(jié)構(gòu)，而且還有效防止了GOD的泄漏。葡萄糖在GOD的催化下與O2發(fā)生反應(yīng)生成葡萄糖內(nèi)酯和H2O2，而預(yù)沉積在電極表面的PB又對(duì)產(chǎn)生的H2O2具有良好的電催化還原特性，因此，通過(guò)檢測(cè)H2O2在修飾電極上的催化還原電流，可以實(shí)現(xiàn)生物體內(nèi)葡萄糖的高靈敏檢測(cè)。本方法制備的GOD/

8、sol-gel/PB生物傳感器對(duì)葡萄糖檢測(cè)的靈敏度高、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)。 4.鉑納米粒子/碳納米管/溶膠-凝膠/葡萄糖氧化酶生物傳感器的研制 利用碳納米管和鉑納米粒子(Pt NPs)均對(duì)H2O2具有的電化學(xué)催化氧化效應(yīng)，采用電化學(xué)沉積法在多壁碳納米管(MWCNTs)預(yù)修飾電極表面沉積一層Pt NPs，構(gòu)建了對(duì)H2O2具有高靈敏性協(xié)同催化氧化響應(yīng)的Pt NPs/MWCNT修飾電極。實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步將葡萄糖氧化酶/二氧化硅溶