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1、溶胶溶胶- -凝胶植物组织凝胶植物组织生物传感器研究生物传感器研究 答辩人：李敏健答辩人：李敏健 指导老师：蔡沛祥教授指导老师：蔡沛祥教授一、选题意义一、选题意义二、国内外研究现状二、国内外研究现状三、工作设想及创新之处三、工作设想及创新之处四、实验及讨论四、实验及讨论五、结论五、结论六、致谢六、致谢一、选题意义一、选题意义 生物传感器是分析化学领域中很具特色的生物传感器是分析化学领域中很具特色的一个分支，已在生物、医学研究，临床检验等一个分支，已在生物、医学研究，临床检验等部门广泛应用。部门广泛应用。 本论文提出一种关于直接利用天然植物中本论文提出一种关于直接利用天然植物中的酶制备生物传感器
2、的新技术。的酶制备生物传感器的新技术。 天然植物蕴含丰富的酶源，植物组织是价天然植物蕴含丰富的酶源，植物组织是价廉物美、取之不尽的生物催化材料。因此利用廉物美、取之不尽的生物催化材料。因此利用它制备生物传感器具有学术意义和实用价值。它制备生物传感器具有学术意义和实用价值。二、国内外研究现状二、国内外研究现状酶电极是在上个世纪酶电极是在上个世纪7070年代开始面世，它是在特年代开始面世，它是在特定的基础电极（如氨电极、定的基础电极（如氨电极、pHpH电极等）表面上涂电极等）表面上涂上一层酶而构成。这种酶电极的酶容易流失，使上一层酶而构成。这种酶电极的酶容易流失，使用寿命不长。用寿命不长。近年有报
3、道利用溶胶近年有报道利用溶胶- -凝胶对酶进行包埋，研制凝胶对酶进行包埋，研制成各种酶电极，用于测定葡萄糖、过氧化氢、氨成各种酶电极，用于测定葡萄糖、过氧化氢、氨基酸等。基酸等。利用溶胶凝胶技术能较好地固定酶，克服利用溶胶凝胶技术能较好地固定酶，克服传统酶电极的弊病，但文献上的酶电极是利传统酶电极的弊病，但文献上的酶电极是利用纯酶进行研制，纯酶的提取工艺复杂，价用纯酶进行研制，纯酶的提取工艺复杂，价格昂贵，应用上受到限制。尚未见国内外文格昂贵，应用上受到限制。尚未见国内外文献有关于采用溶胶献有关于采用溶胶- -凝胶技术固定天然植物凝胶技术固定天然植物组织中的酶制成传感器的报道。组织中的酶制成传
4、感器的报道。三、工作设想及创新之处三、工作设想及创新之处工作设想：工作设想： 不需要经过对植物组织中的酶进不需要经过对植物组织中的酶进行分离提取，直接利用植物液汁制备行分离提取，直接利用植物液汁制备酶电极。酶电极。我们采用溶胶我们采用溶胶- -凝胶技术进行探索。原因是凝胶技术进行探索。原因是（1 1）溶胶凝胶具有三维网络结构及微水）溶胶凝胶具有三维网络结构及微水环境，适合对酶的固定化。（环境，适合对酶的固定化。（2 2）溶胶凝）溶胶凝胶过程是其前驱体进行水解、缩合的过程。胶过程是其前驱体进行水解、缩合的过程。如果在这过程中加入适量的植物液汁，则植如果在这过程中加入适量的植物液汁，则植物液汁的水
5、分参与溶胶凝胶的水解、缩合物液汁的水分参与溶胶凝胶的水解、缩合反应而消耗掉，留下的酶则包埋在溶胶凝反应而消耗掉，留下的酶则包埋在溶胶凝胶中，由此可形成传感器的敏感膜。胶中，由此可形成传感器的敏感膜。本文以神经递质多巴胺为检测对象，探索这本文以神经递质多巴胺为检测对象，探索这种新型生物传感器的制备技术。种新型生物传感器的制备技术。创新之处：创新之处：无需对酶进行分离提取，即可实现对无需对酶进行分离提取，即可实现对植物组织中酶的固定化。植物组织中酶的固定化。这是对传统酶电极和传统组织电极的这是对传统酶电极和传统组织电极的一个技术革新。一个技术革新。四、实验及讨论四、实验及讨论 1 1、酶的催化作用
6、及传感器的电化学特性、酶的催化作用及传感器的电化学特性苹果组织中的酶对多巴胺的电化学过程起催化作用：苹果组织中的酶对多巴胺的电化学过程起催化作用：伏安电流性质的研究伏安电流性质的研究不同扫描速度不同扫描速度(v)(v)对峰电流对峰电流( (i ipcpc) )的影响的影响 ：说明醌式化合物说明醌式化合物说明醌式化合物说明醌式化合物的还原电流具有的还原电流具有的还原电流具有的还原电流具有吸附特性吸附特性吸附特性吸附特性. . . .电位扫描前在电位扫描前在0.6V0.6V下停留时间下停留时间:30s:30s2 2、实验条件的选择、实验条件的选择（1 1）pHpH的选择：的选择：pHpH7.47.
7、4的磷酸盐缓冲溶液的磷酸盐缓冲溶液（2 2）植物组织的选择）植物组织的选择：确定以富士苹果内层果肉的液汁作为本实验确定以富士苹果内层果肉的液汁作为本实验的生物催化剂的生物催化剂（3 3）溶胶）溶胶- -凝胶配比的选择凝胶配比的选择 溶胶的配制不加乙醇溶胶的配制不加乙醇, ,且水酯比为且水酯比为9.9. （4 4）溶胶）溶胶- -凝胶膜中苹果汁包埋量的选择凝胶膜中苹果汁包埋量的选择 合适的苹果汁含量为苹果汁合适的苹果汁含量为苹果汁: :溶胶总量溶胶总量=1:6=1:6 3 3、传感器的选择性、传感器的选择性 利用利用NafionNafion膜内负电性的磺酸基膜内负电性的磺酸基( (SOSO3 3
8、- -),),可可以达到提高传感器选择性的目的以达到提高传感器选择性的目的. . l抗坏血酸抗坏血酸( (AA) AA) l肾上腺素肾上腺素 l去甲肾上腺素去甲肾上腺素4 4、多巴胺的定量测定、多巴胺的定量测定 线性回归方程为:I(A)=0.321+4.29C(mmol/L),R=0.999 差示脉冲伏安法差示脉冲伏安法(DPV)(DPV)阴极扫描阴极扫描 线性范围为：线性范围为：210210-6-6110110-4-4mol/L mol/L 采用差示脉冲伏安法对多巴胺针采用差示脉冲伏安法对多巴胺针剂的剂的DADA含量进行分析含量进行分析, ,测定结果与产测定结果与产品标示值吻合品标示值吻合.
9、 . DA DA的测定值的测定值(mg/(mg/mLmL) 0.0100) 0.0100 DA DA的标准值的标准值(mg/(mg/mLmL) 0.0103) 0.0103 RE RE（% %） 3.0 3.0 五、结论五、结论 本实验利用溶胶本实验利用溶胶- -凝胶技术凝胶技术, ,实现了对天实现了对天然植物组织中酶的固定化然植物组织中酶的固定化. . 所研制的所研制的NafionNafion- -苹果汁苹果汁- -溶胶溶胶- -凝胶修凝胶修饰电极饰电极, ,与传统的组织电极与传统的组织电极( (包括切片组织电包括切片组织电极和碳糊组织电极极和碳糊组织电极) )相比相比, ,具有特色具有特色
10、. .1.1.以往的切片组织电极需与特定的基础电极以往的切片组织电极需与特定的基础电极( (如如O O2 2电极、电极、NHNH3 3电极等电极等) )组合组合, ,还需要透气膜还需要透气膜及外层保护网等构成及外层保护网等构成, ,制作复杂制作复杂. .而本传感器的基础电极仅是简单的铂盘电极而本传感器的基础电极仅是简单的铂盘电极, ,对电极的修饰过程方便、简单对电极的修饰过程方便、简单. .2.2.克服了碳糊组织电极中酶容易从电极表面克服了碳糊组织电极中酶容易从电极表面流失以及碳糊容易脱落、经不起溶液搅拌流失以及碳糊容易脱落、经不起溶液搅拌的弊病的弊病. .3.3.便于采用复合修饰膜便于采用复
11、合修饰膜( (如如NafionNafion膜等膜等) )以提以提高传感器性能高传感器性能( (如抗干扰能力、协同催化作如抗干扰能力、协同催化作用等用等).). 因此因此, ,基于溶胶基于溶胶- -凝胶技术的植凝胶技术的植物组织传感器是对传统组织电极的物组织传感器是对传统组织电极的一个革新一个革新. . 致谢 感谢中山大学化学与化学工程感谢中山大学化学与化学工程学院第三届创新化学实验基金对本学院第三届创新化学实验基金对本课题研究的支持课题研究的支持. . 感谢导师蔡沛祥教授的悉心指导感谢导师蔡沛祥教授的悉心指导和耐心启发和耐心启发. . 感谢师兄师姐及有关同学的热情感谢师兄师姐及有关同学的热情帮助帮助. .
