SiO2納米粒子及其磁性復(fù)合粒子固定化GOD的性能與應(yīng)用.pdf

1、光纖生物傳感器具有探頭直徑小、信息傳輸容量大、抗干擾能力強、響應(yīng)快、成本低、可實時在線檢測等優(yōu)點,近年來一直是國內(nèi)外的研究熱點和快速發(fā)展的領(lǐng)域。光學(xué)復(fù)合生物傳感材料的制備是研制高性能光纖生物傳感器的關(guān)鍵技術(shù)之一。在基于酶催化的光纖生物傳感器的研制中,酶固定化載體的結(jié)構(gòu)和性能、固定化酶的性能、復(fù)合材料的制備方法對光學(xué)復(fù)合生物傳感材料的性能起著決定性的作用。
　　 納米材料具有優(yōu)異的物理、化學(xué)性能,將納米技術(shù)、薄膜技術(shù)和光纖傳感器制

2、備技術(shù)結(jié)合起來,是提高光纖生物傳感器綜合性能的有效手段。由于SiO2納米粒子和CoFe2O4／SiO2磁性納米復(fù)合粒子具有比表面積大、化學(xué)穩(wěn)定性高、生物相容性好和親水性強等優(yōu)點,本學(xué)位論文制備了上述納米粒子,并以其為載體制備了固定化葡萄糖氧化酶(GOD)。采用改進的溶膠.凝膠成膜技術(shù),將熒光指示劑(Ru(bpy)3Cl2)和CoFe2O4／SiO2磁性納米粒子固定化酶同時復(fù)合在溶膠-凝膠基質(zhì)中,制備出同時具有催化和光敏特性的光學(xué)復(fù)合生物

3、敏感膜,由該敏感膜構(gòu)建了基于酶催化的光纖葡萄糖傳感器,提高了傳感器的性能,從而為光學(xué)復(fù)合生物敏感膜的多功能化和光纖生物傳感器的高性能化打下了基礎(chǔ)。本學(xué)位論文主要從以下幾個方面進行了系統(tǒng)的研究:1.制備和表征了SiO2納米粒子和CoFe2O4／SiO2磁性納米復(fù)合粒子；2.以SiO2納米粒子和CoFe2O4／SiO2磁性納米復(fù)合粒子為載體,制備了固定化GOD,獲得了最佳固定化條件；3.研究了固定化GOD的催化性能和穩(wěn)定性；4.制備了同時含

4、有固定化酶和光敏劑的光學(xué)復(fù)合生物敏感膜,構(gòu)建了基于該敏感膜的光纖葡萄糖傳感器,研究了傳感器的性能。
　　 本學(xué)位論文的主要結(jié)果如下:
　　 1、制備了SiO2納米粒子和CoFe2O4／SiO2磁性納米復(fù)合粒子,并對其進行了表征,通過改變反應(yīng)條件,實現(xiàn)了對粒子形貌和粒徑的調(diào)控。
　　 (1)利用St(O)ber法,制備出單分散性好的SiO2納米粒子,獲得的SiO2納米粒子為球形,粒徑大小為100nm左右。
　

5、　 (2)建立了一種制備CoFe2O4磁性納米粒子的新方法。研究了CoFe2O4磁性納米粒子合成過程中影響因素,制備出單分散性好的CoFe2O4磁性納米粒子,其粒子粒徑為9.0nm左右,飽和磁化強度為51.7emu／g,具有超順磁特性。
　　 (3)利用改進St(O)ber法,通過SiO2初級粒子對CoFe2O4磁性納米粒子進行包覆,得到了CoFe2O4／SiO2磁性納米復(fù)合粒子。通過正硅酸乙酯和3-氨基丙基三已氧硅烷共水解-

6、聚合得到氨基化CoFe2O4／SiO2磁性納米復(fù)合粒子。磁性納米復(fù)合粒子的粒徑為60nm左右,飽和磁化強度為35.4emu／g,具有磁響應(yīng)性好和表面游離氨基數(shù)量高等特性。
　　 2、用共價交聯(lián)法,以戊二醛為交聯(lián)劑,制備了以SiO2納米粒子和CoFe2O4／SiO2磁性納米復(fù)合粒子為載體的固定化GOD,研究了其固定化條件。
　　 (1)SiO2納米粒子固定GOD的最佳條件是:戊二醛的濃度為1％(v／v),交聯(lián)溶液pH值為6

7、.5,最佳給酶量為2.5mg,載體用量為34mg(相當(dāng)于給酶量與載體比值為73.5mg／g),4℃下GOD交聯(lián)時間為12h。在最優(yōu)固定條件下,固定化GOD活性為5.03U／mg,酶活回收率為68.0％。
　　 (2)CoFe2O4／SiO2磁性納米復(fù)合粒子固定GOD的最佳條件是:戊二醛的濃度為1％(v／v),戊二醛交聯(lián)時間為3h,交聯(lián)溶液pH值為7.0,最佳給酶量為0.4mg(載體用量為3.0mg,相當(dāng)于給酶量與載體比值為133

8、.3mg／g),4℃下GOD交聯(lián)時間為12h。在最優(yōu)固定條件下,固定化GOD活性為8.33U／mg,酶活回收率為62.5％。
　　 (3)對以上固定化GOD的酶載量、酶活和酶活回收率進行了分析,結(jié)果表明CoFe2O4／SiO2磁性納米復(fù)合粒子在固定GOD方面更有優(yōu)勢。
　　 3、研究了兩種固定化GOD的催化性能和穩(wěn)定性,獲得了其最佳催化條件,兩種固定化酶比游離酶具有更好的熱穩(wěn)定性、儲存穩(wěn)定性和操作穩(wěn)定性。
　　

9、(1)以SiO2納米粒子為載體的固定化GOD其最適催化pH值和最適催化溫度分別是7.0和60℃；保溫一段時間,在60℃水浴中受熱25min,固定化GOD還可以保持85％的初始活性,而游離GOD活性則下降至初始活性的15％；在4℃冰箱中存放28天后,固定化GOD的活性還可以保持初始活性的89％,而游離GOD活性則下降至初始活性的42％；在重復(fù)使用7次后,固定化GOD的活性還可以保持初始活性的80％。
　　 (2)以CoFe2O4／

10、SiO2磁性納米復(fù)合粒子為載體的最適催化pH值和最適催化溫度分別是7.0和50℃；最適催化條件下固定化GOD的Km值和Vmax煅值分別14.6mM和0.116mmol／mg·min；保溫一段時間,在50℃水浴中受熱25min,固定化GOD還可以保持初始活性的80％,而游離GOD活性則下降至初始活性的20％；在4℃冰箱中存放28天后,固定化GOD的活性還可以保持初始活性的87％,而游離GOD活性則下降至初始活性的40％；在重復(fù)使用7次后,

11、固定化GOD的活性還可以保持初始活性的57％。
　　 4、用改進的溶膠-凝膠技術(shù)制備了同時含有固定化酶和光敏劑的光學(xué)復(fù)合生物敏感膜,構(gòu)建了基于此敏感膜的光纖葡萄糖傳感器,研究了傳感器的性能。
　　 (1)以鹽酸為催化劑,利用改進的溶膠-凝膠技術(shù),通過DDS／TEOS共水解-縮合成凝膠過程,制備了同時含有CoFe2O4／SiO2磁性納米復(fù)合固定化GOD和熒光指示劑(Ru(bpy)3Cl2)的光學(xué)復(fù)合生物敏感膜,該敏感膜不易

12、開裂,機械強度高,韌性好。
　　 (2)利用鎖相放大技術(shù),構(gòu)建了基于熒光猝滅原理的光纖葡萄糖傳感器,傳感器探頭組裝有上述光學(xué)復(fù)合生物敏感膜。傳感器的檢測上限達到650mg／dL,檢測下限達到10mg／dL,響應(yīng)時間為20s,線性檢測范圍為50～600mg／dL。
　　 (3)傳感器具有較好的長期穩(wěn)定性和重復(fù)性。光學(xué)復(fù)合生物敏感膜在儲存30天后相對滯后相移ψ值下降約14％；對相同濃度的葡萄糖溶液分別進行5次測量,滯后相移ψ