鉑納米顆粒摻雜的復(fù)合材料用于新型電流型葡萄糖生物傳感器的研究.pdf

1、近年來(lái)生物傳感器在臨床醫(yī)學(xué)、環(huán)境檢測(cè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大，隨之對(duì)其的要求也越來(lái)越高。為了開(kāi)創(chuàng)了分析領(lǐng)域的新紀(jì)元，未來(lái)生物傳感器的應(yīng)用前景主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：體積小型化、功能多樣化、市場(chǎng)化、智能化與集成化。1967年，Updike等人把葡萄糖氧化酶固定化膜和氧電極組裝在一起，制成了第一代酶生物傳感器，隨之酶?jìng)鞲衅鞯陌l(fā)展就受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注并且已經(jīng)用于多種成分的測(cè)定。但是，在酶?jìng)鞲衅鞯难芯恐?，酶的固定化以及固定于電極表

2、面的酶的催化反應(yīng)過(guò)程等都是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，對(duì)酶?jìng)鞲衅鞯撵`敏度、檢測(cè)限、選擇性、壽命等有直接影響。本文正是基于酶的固定以及酶的催化，制備了基于納米復(fù)合材料構(gòu)筑的電流型酶生物傳感器。本文的主要研究工作分為以下三個(gè)部分：
　　 1.基于納米鉑裝飾的碳納米管-鐵氧化物磁性復(fù)合物構(gòu)建的葡萄糖生物傳感器的研究
　　 通過(guò)使用電沉積的方法將鉑納米顆粒修飾到鐵的氧化物(FeyOx)、碳納米管(MWCNTs)和殼聚糖(CS)的磁性復(fù)合膜上，隨

3、之將葡萄糖氧化酶(GOD)固定到上述復(fù)合膜修飾的玻碳電極(GCE)上面，從而構(gòu)建了既靈敏又穩(wěn)定的電流型葡萄糖生物傳感器。所制備的殼聚糖/碳納米管-鐵的氧化物磁性復(fù)合物具有良好的穩(wěn)定性，較大的表面積和強(qiáng)的電子傳輸能力；而且鉑納米顆粒對(duì)過(guò)氧化氫有很強(qiáng)的催化能力，二者的結(jié)合改善了傳感器的性能。此外，碳納米管-鐵氧化物復(fù)合物(MWCNTs-FeyOx)的特征用電子透射顯微鏡(TEM)來(lái)表征。此傳感器的修飾過(guò)程和特性用循環(huán)伏安法(CV)、交流阻抗

4、技術(shù)(EIS)和計(jì)時(shí)電流法來(lái)考察，所構(gòu)建的生物傳感器表現(xiàn)出非常好的電催化能力和好的電流響應(yīng)。幾個(gè)實(shí)驗(yàn)條件對(duì)該體系的影響也被考察了，在最優(yōu)試驗(yàn)條件下，該生物傳感器在葡萄糖濃度為6.0×10-6～6.2×10-3mol/L范圍內(nèi)有線性響應(yīng)，檢測(cè)下限為2.0×10-6mol/L，響應(yīng)時(shí)間在8 s以?xún)?nèi)，米氏常數(shù)為9.0 mmol/L。此外，所構(gòu)建的目標(biāo)電極對(duì)葡萄糖的電流響應(yīng)優(yōu)于殼聚糖/碳納米管/鉑納米顆粒/葡萄糖氧化酶(GOD/Pt/MWCNT

5、s/CS)、殼聚糖/鐵的氧化物-鉑納米顆粒/葡萄糖氧化酶(GOD/FeyOx-Pt/CS)和殼聚糖/碳納米管-鐵的氧化物/鉑納米顆粒(Pt/MWCNTs-FeyOx/CS)構(gòu)建的電極。最后，該目標(biāo)電極由于Nafion的保護(hù)表現(xiàn)出良好的抗干擾能力和長(zhǎng)期儲(chǔ)存的穩(wěn)定性，由此可用于在血清中測(cè)定葡萄糖。
　　 2.基于固定葡萄糖氧化酶在鉑的空心納米粒子鏈上所構(gòu)建的葡萄糖生物傳感器的研究
　　 靈敏的葡萄糖酶生物傳感器被構(gòu)建成功基于

6、的是葡萄糖氧化酶(GOD)修飾到鉑的空心納米鏈(Pt HNPCs)上。Pt HNPCs是在混合溶液中通過(guò)犧牲鈷的金屬納米顆粒來(lái)制備的，所制備的Pt HNPCs不僅催化能力強(qiáng)，而且有較大的比表面固定酶，這使得所構(gòu)建的傳感器性能良好。Pt HNPCs的特征用紫外吸收光度法、X射線光電子能譜(XPS)、電子透射顯微鏡(TEM)。此生物傳感器的性能用循環(huán)伏安法(CV)和計(jì)時(shí)電流法來(lái)考察。使用葡萄糖作為分子模型檢測(cè)Pt HNPCs的電催化性能。當(dāng)

7、Pt HNPCs統(tǒng)一修飾到玻碳電極(GCE)表面上時(shí)，對(duì)過(guò)氧化氫和葡萄糖的催化顯著提高。最后，所構(gòu)建的生物傳感器對(duì)葡萄糖的檢測(cè)表現(xiàn)出很好的性能，快的響應(yīng)時(shí)間(<3 s)，低的檢測(cè)線(1.0×10-6 mol/L)，寬的線性范圍(3.0×10-6～6.6×10-3mol/L)和高的靈敏度以及好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。與Nafion/葡萄糖氧化酶/鉑的納米顆粒(PtNPs)(Nafion/GOD/PtNPs)構(gòu)建的葡萄糖生物傳感器相比較，在pH7

8、.0磷酸鹽緩沖溶液(PBS)中，目標(biāo)電極擁有很高的催化能力。
　　 3.基于一步制備的殼聚糖-納米金-四氧化三鐵納米復(fù)合膜構(gòu)建的葡萄糖生物傳感器的研究
　　 用一步電沉積的方法制備殼聚糖、金納米顆粒和四氧化三鐵的納米混合膜作為新型的矩陣固定葡萄糖氧化酶，從而構(gòu)建葡萄糖生物傳感器。整個(gè)構(gòu)建過(guò)程非常簡(jiǎn)單，過(guò)程中所使用的納米混合膜大大的增大了電極的比較面積，這使得葡萄糖氧化酶的固定量大大的增加。四氧化三鐵納米顆粒的大小和形狀用