《电化学生物传感器的研制及应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电化学生物传感器的研制及应用（78页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、河南大学 硕士学位论文 电化学生物传感器的研制及应用 姓名：陈文静 申请学位级别：硕士 专业：分析化学 指导教师：屈建莹 20100501 摘要 摘要 本文对电化学生物传感器的类型、制备方法以及在分析化学中的应用作了较 为详细的评述。在此基础上，采用多种电极材料，对生物材料的固定化方法进行 了一系列探索，构筑了多种性能良好的生物传感器，并对其应用进行了研究。各 项研究工作简述如下： 1 葡萄糖氧化酶生物传感器的制备与应用研究 1 1 聚中性红修饰玻碳电极研制葡萄糖生物传感器 以中性红为电子传递介质，电聚合于N a t i o n 修饰玻碳电极表面，以戊二醛作 交联剂固定葡萄糖氧化酶，最后覆盖一
2、层N a t i o n 膜防止酶流失，构建一种新型葡 萄糖生物传感器。详细探讨了传感器的电化学性能及其对葡萄糖的最佳响应条件， 结果表明，3 0 时，传感器在p H7 0 的P B S 中线性响应范围为1 0 x 1 0 “ 5 - 5 0 x 1 0 。 m o l L 。该传感器制作简单、性能优良，有潜在应用前景。 1 2 基于静电吸附碳纳米管和壳聚糖固定葡萄糖氧化酶生物传感器的研究 本文以N a t i o n 聚中性红修饰电极为基底，自组装多壁碳纳米管和壳聚糖之后，再 固定上葡萄糖氧化酶，制成葡萄糖氧化酶生物传感器。实验表明，该传感器在3 0 的 P B S ( p H7 O ) 中
3、对葡萄糖的线性响应范围为5 0 1 0 - 6 2 0 x 1 0 弓m o l L ，线性相关系数 为0 9 9 4 8 ，检出限为1 0 x 1 0 。6m o l L ，达到9 5 稳态电流所用的时间coJJ了o 聚中性红修饰玻碳电极研制葡萄糖生物传感器 3 2 实验条件的优化 3 2 1 p H 的选择 在同样的实验条件下，进步讨论了p H 对酶电极的影响。图4 ( 左图) 为p H 从5 2 7 4 的循环伏安图。a 砌的p H 值分别为5 2 ，5 4 7 2 ，7 4 。由图可以 看出，随着p H 值的增大，P l 峰和P 2 峰同时正移，说明电极反应中有旷参与。 图4 ( 右图
4、) 为还原峰电流和p 1 4 的关系。可以看出峰电流在p H 5 2 7 4 范围 内随着p n 的增大而增大，在p H 6 “7 2 附近呈现平台，但考虑p H 对酶活性的影 响，实验选择p H 7 0 的P B S 。 姜 l 8 图4p H 对酶电极峰电流的影响 F i g 4 T h ee f f e c to f t h es e n s o ri n0 1t o o l L P B Sw i t hd i f f e r e n tp Hv a l u e s D = 1 0 0m V s 3 2 2 温度的影响 由于酶受温度影响较大，亦考察了温度对酶电极的影响。图5 ( 左图)
5、为不 同温度下的循环伏安图，如图所示，P 2 峰变化不大，P l 峰随温度的变化峰电流发 生了明显的改变，说明在P l 峰的电位下，对葡萄糖的催化效果更强。 图5 ( 右图) 为P l 还原峰电流与温度的关系。由此图可以看到，从2 0 到3 0 。C ， 峰电流随温度的升高而增大，在3 0 时达到最大，此后到6 0 “ C 峰电流随温度的升 高而逐渐减小。说明在3 0 “ C 时酶的催化活性最大，实验温度应选择3 0 “ C 。 2 1 河南大学分析化学专业2 0 0 7 级硕士学位论文陈文静 氏瞻憧- v 憾 垆g aT e m 砷州 图5 温度对酶电极的影响 F i g 5 E f f e
6、 c to f t h et e m p e r a t u r eo nt h es e n s o rr e s p o n s ei n0 1t o o l U 1P B S ( p H7 O ) I ) = 1 0 0 1 1 1 V s 3 3 传感器的线性范围 最佳实验条件下，测试酶电极在不同浓度葡萄糖溶液的峰电流值，测得结果 如图6 所示，在1 0 x 1 0 “ 5 5 0 1 0 一m o l L 以之间出现较好的线性关系，线性方程为 f p = 1 1 0 3 7 + 0 1 1 5 4c ( e ( m m o l L 。1 ) ) ，相关系数R = 0 9 9 1 3
7、。 墨 宅 罢 3 o C o n c e n t r a t i o n m m o l L 图6 浓度与峰电流的关系 F i g 6 L i n e a rr e s p o n s eo f t h es e n s o rt o g l u c o s ef r o m l 0 1 0 巧t O5 0 1 0 。t o o l L 1 i n0 1t o o l L 1P B S ( p H 7 0 1t ) = 1 0 0m V s v，Sc磐30 聚中性红修饰玻碳电极研制葡萄糖生物传感器 4 结论 在N a t i o n 修饰玻碳电极上，以中性红为电子传递介质，戊二醛交联固定葡萄
8、 糖氧化酶的方法，研制了一种新型葡萄糖传感器。线性范围为1 0 x 1 0 “ 5 - 5 0 x 1 0 。3 m o l L ，相关性优良。 该电极具有制作简单，响应迅速等特点，并且所需条件近似于人体生理条件， 有应用于人体血糖检测的前景。 参考文献 【l 】 覃柳， 刘仲明，邹小勇电化学生物传感器研究进展阴中国医学物理学杂志， 2 0 0 7 ，2 4 ( 0 1 ) ：6 0 6 3 【2 】曾辉，任力锋，刘昭前医学领域中的新型生物传感器田传感器技术，2 0 0 2 ，2 1 ( 1 0 ) ： 5 9 - 6 4 【3 】李彦文生物传感器及其在环境监测方面的应用明环境保护科学，2 0
9、 0 4 ，3 0 ( 0 1 ) ：3 5 3 8 【4 】毛斌，韩根亮，李工农等生物传感器在食品农药和抗生素残留检测中的应用【J 】甘肃 科学学报，2 0 0 7 ，1 9 ( 2 ) ：7 2 - 7 6 5 】刘洁生，彭志英生物传感器在食品工业中的应用【J 】食品与发酵工业，1 9 9 7 ，2 3 ( 0 4 ) ： 6 1 - 6 6 6 J 冶保献，刘瑛，曾东华等聚甲苯胺蓝修饰碳纤维微柱电极的制备及其电化学性质明郑 州大学学报( 自然科学版) ，2 0 0 0 ，3 2 ( 0 1 ) ：7 3 7 6 【7 】冶保献，张娟，李风菊等聚亚甲蓝修饰碳纤维微电极的性质及对多巴胺的电催
10、化测定 f j - j 天津师大学报( 自然科学版) ，2 0 0 0 ，2 0 ( 0 4 ) ：1 0 1 4 8 】袁倬斌，张玉忠，赵红聚天青I 玻碳修饰电极对血红蛋白催化还原叨分析化学， 2 0 0 1 。2 9 ( 11 1 ：1 3 3 2 1 3 3 5 【9 】罗济文，李家洲，李家贵等聚灿烂甲酚蓝修饰玻碳电极的制备及电化学性质【刀化学研 究2 0 0 3 1 4 ( 0 1 ) ：18 2 2 【1 0 】刘颜，袁若，柴雅琴等聚中性红和纳米金修饰玻碳电极的葡萄糖生物传感器叨西 南师范大学学报( 自然科学版) ，2 0 0 5 3 0 ( 0 3 ) ：4 7 8 - 4 8 2
11、 2 3 基于静电吸附碳纳米管和壳聚糖固定葡萄糖氧化酶生物传感器的研究 第二节基于静电吸附碳纳米管和壳聚糖固定葡萄糖氧化酶 生物传感器的研究 1 引言 近年来，静电吸附用作生物分子的固定化方法已逐渐用于各种生物传感器的 制备【1 4 】，以聚电解质阴、阳离子的静电吸附作用以及与生物分子通过多层交替自 组装所制作的各种生物敏化膜【5 ，比传统的共价交联与包埋等固定化方法所构成 的生物膜具有保持生物分子活性好、性能稳定和制作简便等优点。多壁碳纳米管 ( M W N T ) 具有很好的生物相容性、奇特的电学性能、明显的量子效应、大的比 表面积、高稳定性以及强吸附特性。壳聚糖( C s ) 具有很好的
12、吸附性、稳定性和 良好的生物相容性，其丰富的氨基可被广泛用于生物分子的固定和修饰电极的制 备。中性红( N R ) 作为一种吩嗪类染料，能在弱酸性溶液中于玻碳( G C ) 电极表面 电氧化聚合成膜，该膜具有附着力好、紧密均匀、制备方法简单等特点，对生物 分子有较强的电催化作用，且工作电位低，可以消除一些电活性物质的干扰。利 用M W N T S I 和C s t 9 1 0 1 固定葡萄糖氧化酶( G O D ) 制备葡萄糖传感器的研究已有报 道，但大多是利用C s 包埋的方法固定酶，而利用M W N T 和C s 的静电吸附作用固定 酶的方法还很少有报道。 本研究利用M W C N T s
13、 的比表面积大和C s 生物兼容性好的特点，并利用聚中性 红( P N R ) 与M W N T 、M W N T 与C s 的静电相互作用将其固定在P N 刚觚。怕C 电 极表面进而吸附G O D ，研制成功一种新型的葡萄糖生物传感器。与己报道的M W N T 或C s 修饰的葡萄糖氧化酶传感器相比，该传感器具有灵敏度高、线性范围宽、检 出限低、稳定性好等特点。 2 实验部分 2 1 仪器与试剂 C H l 6 5 0 电化学工作站( 美国C H I 公司) ；三电极系统：G C 电极( d = - 3m m ) 或化学 2 4 基于静电吸附碳纳米管和壳聚糖固定葡萄糖氧化酶生物传感器的研究
14、修饰G C 电极为工作电极，A g A g C l ( 饱和K C l ) 电极为参比电极，旋状铂丝电极 为对电极；p H S - 2 9 A 型数字酸度计( 上海大中分析仪器厂) 。 M W N T 1 1 】( 使用前经过浓硝酸回流处理，长度在微米极，直径1 0 “ 一5 0n i n ， 德国马尔堡大学化学系材料科学中心提供) ，壳聚糖( C s ，脱乙酰度 9 2 ，上海 华硕精细化学品有限公司) ，N a t i o n ( 5 的乙醇溶液，F l u k a 公司) ，中性红( N R ， 上海试剂厂) ，葡萄糖氧化酶( G O D ，2 9 8 U m g ，S i g m a
15、) ，K H 2 P 0 4 一K 2 H P 0 4 缓冲溶 液( P B S ) ，葡萄糖溶液( 使用前放置过夜) ，5 0 葡萄糖注射液( 漯河市方汇药业 有限公司) 。其它试剂均为分析纯，实验用水均为二次蒸馏水。 2 2 葡萄糖氧化酶电极的制备 将G C 电极依次用1 O 、O 3 和0 0 5g r n 的A 1 2 0 3 粉在抛光布上抛光至镜面之后， 分别用无水乙醇、1 ：l 硝酸和水各超声清洗3r a i n 。吸取3 O 此0 1 N a t i o n 乙醇溶 液滴加于G C 电极表面，自然晾干，制成N a f i o n G C 修饰电极。其中N a t i o n 膜既
16、 可以增强N R 在电极上的聚合又可阻挡一些阴离子干扰物。然后在0 0 2 5m o l L P B S ( p H5 5 m 5m o l LN a N 0 3 + 1 0 x 1 0 4m o l LN R 溶液中于1 O 1 4V 电位下引发 数圈，再于0 8 “ - 0 8V 电位下聚合，制成n 源，N 撕o I l G C 修饰电极，其膜的厚度 可由聚合过程中的扫描圈数来控制。由循环伏安( C V ) 图1 可知，聚合时N R 有 两对氧化还原峰，峰电流均随扫描圈数增加而增大，说明P N R 膜有良好的导电性。 3 0m gM W N T 于1 01 1 1 L 无水乙醇中，超声分散得到O
