基于新型納米復(fù)合材料電化學(xué)生物傳感器的構(gòu)建及其分析應(yīng)用.pdf

1、生物傳感器技術(shù)是一種實(shí)用的分析技術(shù),具有較強(qiáng)的生物特異性和高靈敏度,裝置體積小,成本低。目前,生物傳感器在許多領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用,如環(huán)境監(jiān)測和生物過程控制,食品工業(yè)和農(nóng)業(yè)質(zhì)量控制,以及臨床醫(yī)學(xué)的應(yīng)用。近年來,生物材料,尤其是實(shí)用性強(qiáng)的納米材料的快速發(fā)展,以及新的傳感技術(shù)的出現(xiàn),給電化學(xué)生物傳感器的設(shè)計(jì)和構(gòu)建帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。由于其具有良好的生物相容性,高的催化活性,很強(qiáng)的吸附能力和大的比表面積,這些納米材料可以大大提高生物傳感器的性能

2、。鑒于納米材料擁有優(yōu)越的物理和化學(xué)性能,本論文制備了不同的納米材料,將這些納米材料用于酶的固定化構(gòu)建了電化學(xué)酶傳感器。另外,利用金屬納米材料直接作為電氧化活性成份構(gòu)建了無酶電化學(xué)傳感器。所構(gòu)建的生物傳感器具有較快的響應(yīng)速度,較高的靈敏度和較低的檢測下限,同時(shí)還具有很好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性,可用于實(shí)際樣品的檢測。本論文主要研究工作如下:
　　 (1)采用水熱法合成了大小均一有序的納米羥基磷灰石(nano-HA),利用nano-HA較強(qiáng)

3、的吸附作用將酪氨酸酶固定到電極界面,構(gòu)建了一種新穎的酚類傳感器。Nano-HA為酪氨酸酶的固定提供了良好的微環(huán)境,有利于保持酪氨酸酶的生物活性。酚類化合物通過酪氨酸酶催化產(chǎn)生的醌在-0.25 V(對飽和甘汞電極)直接還原而測定。實(shí)驗(yàn)研究了各種因素,如pH、工作電位、溫度等對傳感器響應(yīng)電流的影響。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下,傳感器對鄰苯二酚響應(yīng)的線性范圍為10 nM～7μM,靈敏度為2.11×103μAmM-1 cm-2,檢測下限為5 nM(S/

4、N=3)。傳感器對鄰苯二酚,苯酚,間甲酚的表觀米氏常數(shù)分別為3.16,1.31和3.52μM。同時(shí),該傳感器具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性,可用于實(shí)際樣品檢測(第2章)。
　　 (2)基于納米氧化鎂.殼聚糖(nano-MgO-chit)復(fù)合物為基底構(gòu)建了一種新穎的辣根過氧化酶(HRP)電化學(xué)生物傳感器。Nano-MgO-chit復(fù)合物的形貌通過掃描電鏡表征。Nano-MgO和HRP之間的相互作用通過紫外可見光譜進(jìn)行了表征。該復(fù)合材料綜

5、合了無機(jī)納米粒子和有機(jī)聚合物的優(yōu)點(diǎn)。固定在納米復(fù)合基底中的HRP對H2O2的還原表現(xiàn)出優(yōu)良的電催化作用。利用計(jì)時(shí)電流法對實(shí)驗(yàn)變量,如pH,工作電位對傳感器響應(yīng)電流的影響進(jìn)行了考察。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下,傳感器對H2O2濃度的改變響應(yīng)非常快速(小于10s),線性范圍為0.1～1300μM,檢測下限為0.05μM(S/N=3)。同時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該傳感器具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性(第3章)。
　　 (3)結(jié)合碳納米管(CNTs)優(yōu)良的導(dǎo)

6、電性能和催化性能以及介孔二氧化硅(SBA-15)大的比表面積和較強(qiáng)的吸附能力,基于CNTs-SBA-15納米復(fù)合膜固定HRP,構(gòu)建了一種新穎的第三代H2O2傳感器。利用紫外可見光譜對固定在復(fù)合膜中的酶的生物活性進(jìn)行了表征。固定在納米復(fù)合基體中的HRP對H2O2有良好的電催化作用。利用計(jì)時(shí)電流法對實(shí)驗(yàn)變量,如溶液pH值和工作電位進(jìn)行了優(yōu)化。在最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)條件下,傳感器對H2O2檢測的線性范圍為1μm～7 mM,檢測下限為0.5μM(S/N=

7、3)。此外,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該傳感器具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性(第4章)。
　　 (4)以多孔聚碳酸酯膜為模板結(jié)合電化學(xué)沉積技術(shù),首次合成高度有序的鎳納米線陣列(NiNWA)。利用掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡對其形貌進(jìn)行了表征。在堿性介質(zhì)中,NiNWA電極對葡萄糖表現(xiàn)出很強(qiáng)的電催化作用?；诖?我們構(gòu)建了一個(gè)靈敏的無酶電化學(xué)葡萄糖傳感器。傳感器對葡萄糖檢測的線性范圍為0.5μM～3 mM,相關(guān)系數(shù)為0.999。檢測下限為0.1μM(

8、S/N=3),靈敏度高達(dá)1.043×103μAmM-1cm-2。同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該傳感器具有良好的重現(xiàn)性,長期穩(wěn)定性以及很好的選擇性(第5章)。
　　 (5)制備了納米鈀-石墨烯(PdNPs-graphene)納米雜化物并用于構(gòu)建無酶葡萄糖傳感器。PdNPs-graphene納米雜化物通過原位還原方法合成。首先,將graphene-Nafion組裝到電極表面用于化學(xué)吸附鈀離子,然后用水合肼將鈀離子原位還原為PdNPs。在堿性介

9、質(zhì)中,PdNPs-graphene雜化物修飾電極對葡萄糖的電氧化表現(xiàn)出很高的電催化活性。在最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)條件下,所構(gòu)建的傳感器對葡萄糖在10μM～5 mM范圍有很好的線性響應(yīng),相關(guān)系數(shù)為0.998。檢測下限為1μM(S/N=3)。同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明,該傳感器具有很好的重現(xiàn)性,穩(wěn)定性和良好的選擇性(第6章)。
　　 (6)基于原位電聚合羅丹明B(PRhB)傳感膜構(gòu)建了亞硝酸鹽傳感器。PRhB修飾電極對亞硝酸鹽的電化學(xué)氧化表現(xiàn)出很好的催