基于新型碳納米管復(fù)合物的生物傳感器構(gòu)筑與檢測應(yīng)用.pdf

1、近年，隨著電分析化學(xué)的發(fā)展，生物傳感器在環(huán)境科學(xué)、食品安全以及臨床檢驗領(lǐng)域均獲得了較快的發(fā)展。碳納米管作為一種獨特的納米材料在生物傳感器的構(gòu)筑上發(fā)揮了重要的作用。本論文基于碳納米管復(fù)合物在傳感器的構(gòu)筑應(yīng)用為出發(fā)點，分別合成了不同的碳納米管復(fù)合物，并將其成功的應(yīng)用于無試劑型酶修飾電極的構(gòu)筑上。同時發(fā)展了基于電沉積與自組裝技術(shù)交替技術(shù)，構(gòu)筑了多層有序的復(fù)合膜并在此基礎(chǔ)上成功構(gòu)建了免疫傳感器。
　　 論文首先研究了碳納米管-亞甲基藍復(fù)

2、合物的構(gòu)筑及其在無試劑型酶修飾電極上的應(yīng)用。實驗考察了碳納米管-亞甲基藍復(fù)合物在溶液相中紫外-可見吸收峰，證明亞甲基藍可以穩(wěn)定的吸附在碳納米管表面。將該復(fù)合物與辣根過氧化物酶(HRP)以層層組裝的方式構(gòu)筑在電極表面后，電極在支持電解質(zhì)溶液中呈現(xiàn)明顯的催化-還原峰，與僅亞甲基藍組裝電極相比，電極的還原峰電流明顯增加，而氧化峰電流降低，顯示出碳納米管-亞甲基藍復(fù)合物在電極表面發(fā)揮出獨特的加快電極表面電子轉(zhuǎn)移的特點。實驗結(jié)果還表明，基于碳納米

3、管-亞甲基藍復(fù)合物構(gòu)筑的酶修飾電極對底物過氧化氫的催化明顯增強，催化反應(yīng)的Km值達到3.56mmol/L，檢出限1.0μmol/L。此外，實際測定溶液中存在的一些可能干擾物如半胱胺、抗壞血酸等不會對測定產(chǎn)生干擾。
　　 將聚合物與金屬納米粒子同時構(gòu)筑在碳納米管的表面可以進一步的拓展碳納米管的應(yīng)用范圍，提高傳感器的分析能力。通過在溶液相中添加聚乙烯亞胺(PEI)與高氯金酸一步合成了表面包裹有PEI與金納米粒子的碳納米管復(fù)合物(碳納

4、米管-PEI-Au)。該復(fù)合物不僅有效的改變了碳納米管表面的電荷屬性，同時由于金納米粒子的存在，進一步增強了碳納米管的電傳導(dǎo)能力。通過電沉積技術(shù)在電極表面首先電沉積一層殼聚糖-普魯士藍復(fù)合膜，之后將碳納米管-PEI-Au復(fù)合物與葡萄糖氧化酶(GOX)通過層層組裝方式構(gòu)筑在電極表面，構(gòu)建了一個可以穩(wěn)定檢測人體血清中葡萄糖的葡萄糖傳感器。碳納米管-PEI-Au復(fù)合物的存在有效增加了葡萄糖氧化酶的固定量，并保護了內(nèi)部普魯士藍層的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了

5、對人體血清中葡萄糖的靈敏檢測，檢出限為1.3μmol/L，線性范圍4.0μmol/L到6.2mmol/L，血液存在的一些生理物質(zhì)沒有對電極產(chǎn)生明顯干擾。
　　 進一步我們發(fā)展出電沉積與自組裝交替使用的技術(shù)路線，成功的構(gòu)建了一個多層、有序、穩(wěn)定的納米復(fù)合膜。首先，在金電極表面以電沉積方式構(gòu)筑一層普魯士藍納米層，由于其帶有負電荷，因此可以和帶有正電荷的碳納米管-PEI-Au復(fù)合物以靜電吸附為驅(qū)動力形成交替組裝。實驗結(jié)果表明，通過這個

6、方式獲得的復(fù)合膜在結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出高度有序，同時由于其多層膜結(jié)構(gòu)的存在有效的提高了普魯士藍作為電子媒介體的穩(wěn)定性。以循環(huán)伏安方式考察電極表明，電極信號在測試期間沒有明顯的降低，極大的提高了基于普魯士藍傳感器的穩(wěn)定性。同時，該復(fù)合膜表現(xiàn)出對普魯士藍催化底物過氧化氫的高催化活性，最低檢出限達到80nmol/L，靈敏度為2274μA/mol*cm2，電極的響應(yīng)速度小于3s，表現(xiàn)出令人滿意的響應(yīng)性能。
　　 最后，在基于電沉積與自組裝交替使

7、用的技術(shù)路線基礎(chǔ)上，本論文構(gòu)筑了可以高靈敏度檢測人體腫瘤標(biāo)志物癌胚抗原(CEA)的免疫傳感器。進一步優(yōu)化了電極上含有電子媒介體納米復(fù)合膜的構(gòu)筑過程，對固定抗體的免疫電極的最外層也做了優(yōu)化探討，有效地將抗CEA抗體固定在電極表面。在優(yōu)化電極的構(gòu)筑與檢測相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)上，對腫瘤標(biāo)志物CEA實現(xiàn)了高靈敏度檢測，檢出限達到0.8ng/ml。此方法綜合了電沉積與自組裝方法各自的優(yōu)點，構(gòu)筑過程容易控制、電極重現(xiàn)性也令人滿意，有效地規(guī)避了純手工組裝電