基于植酸-納米金、納米金屬氧化物的傳感界面構筑及其電化學研究.pdf

1、隨著納米科技的迅猛發(fā)展，其應用也已拓展到了傳感器領域。納米材料具有比表面積大、穩(wěn)定性高和生物兼容性好等特點，并且還能在酶的電子轉移過程中體現(xiàn)出其特有的催化效應。植酸是一種環(huán)境友好型試劑，每個分子含有6個非共平面的磷酸酯鍵，能與金屬納米粒子或金屬氧化物納米粒子發(fā)生強絡合作用。這些新型功能材料作為良好的電子傳遞媒介在電化學領域中獲得了廣泛的應用，吸引了眾多科學研究者對其結構、性質和應用進行了深入的探索。
　　 生物傳感器在衛(wèi)生安全檢

2、測、環(huán)境監(jiān)測和臨床醫(yī)學等領域具有十分廣闊的應用前景。而如何實現(xiàn)生物分子在轉換器上固定化，同時又穩(wěn)定地保持其生物活性則是構建生物傳感器中最為關鍵的技術。本研究論文旨在針對這一問題，結合納米科技和自組裝技術等手段，借助納米功能材料在電極表面構筑電化學傳感界面，具體發(fā)展了如下4種過氧化氫生物傳感器：
　　 (1)本章節(jié)介紹了一種簡單有效的過氧化氫(H2O2)生物傳感器制備方法。通過自組裝技術，血紅蛋白(Hb)被成功地固定到了由金納米粒

3、子(AuNPs)/植酸(PA)納米復合鏈修飾的玻碳電極上。用紫外-可見吸收光譜進行表征，結合循環(huán)伏安測試的結果表明：AuNPs發(fā)揮了自身優(yōu)秀的生物相容性和電子傳遞性的特點，吸附在該納米鏈上的Hb保持了良好的生物活性，并實現(xiàn)了直接電子轉移。進一步研究可知該生物傳感器對H2O2具有良好的生物催化活性，H2O2檢測的線性范圍為2.2×10-5～3.6×10-4 mol L-1，檢測限為7.4×10-6 mol L-1(信噪比S/N=3)。米氏

4、常數(shù)(KappM)為1.47mmol L-1。
　　 (2)基于氧化鋅納米粒子(ZnO)和血紅蛋白之間等電點的差異較大將二者混合制備Hb-ZnO溶液。將玻碳電極(GCE)交替浸入植酸和Hb-ZnO溶液中進行層層自組裝。用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)對電極表面多層膜的形貌進行表征，并用電化學交流阻抗光譜(EIS)表征電極的修飾過程。進一步的循環(huán)伏安實驗表明：包埋在該{Hb-ZnO/PA}n復合結構中的Hb實現(xiàn)了其與電極間的直

5、接電子轉移而且對H2O2具有良好的催化活性。{Hb-ZnO/PA}6/GCE對H2O2響應時間短(小于3 s)，檢測的濃度范圍為2.0×10-6～1.2×10-4 mol L-1，檢測限可達1.4×10-6mol L-1(S/N=3)。KappM=5.1 mmol L-1。
　　 (3)通過植酸與金納米粒子的層層自組裝，在金電極的表面形成一個三維有序介孔金納米界面，再將辣根過氧化物酶(HRP)修飾到這個介孔結構上制備生物傳感器。

6、用原子力顯微鏡(AFM)和循環(huán)伏安法對這個介孔界面的形成過程進行表征。以對苯二酚作為電子媒介實現(xiàn)HRP與電極之間的電子傳遞，并且該介孔膜內的HRP顯示了其對過氧化氫優(yōu)秀的電催化還原能力。所制備的生物傳感器與被測H2O2的濃度呈線性關系，響應濃度范圍為6.5×10-6～1.4×10-5mol L-1。在信噪比S/N=3時，檢測限為3.3×10-6 mol L-1。并計算其KappM為0.078 mmol L-1。該傳感器靈敏度和精確度高，

7、具有令人滿意的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。
　　 (4)將辣根過氧化物酶，金納米粒子和納米二氧化鈦(TiO2)固定玻碳電極上制備納米復合膜，對其電化學性能進行研究。用場發(fā)射掃描電子顯微鏡、電化學交流阻抗和表征紫外-可見光譜對復合膜進行表征。實驗結果表明：TiO2的特殊結構可以有效地防止AuNPs團聚，AuNPs促進了電子的轉移，HRP在此復合膜內保持了其生物活性。循環(huán)伏安掃描表明TiO2和AuNPs的組合具有協(xié)同效應，不僅實現(xiàn)了HRP的直接