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生物传感器是在化学传感器的基础上发展起来的,也是电化学分析和生物技术研究最为活跃的领域之一。生物传感器具有灵敏度高、准确度高、选择性好、检测限低、价格低廉、稳定性好、能在复杂的体系中进行快速在线连续监测等特点,能广泛应用于基础研究、生物、化学和诊断、化学分析、环境监控与保护等领域。电极和固定的酶之间直接电子转移的电化学生物传感器被广泛的研究。由于酶的活性位点深深地嵌入了绝缘性不导电的蛋白壳里面从而增加了活性位点和电极表面的距离,因此酶的直接电子转移(DET)在裸电极上很难实现。利用纳米材料如金属、碳纳米管、量子点等修饰到电极的表面,可以有效的固定生物分子,并促进其氧化还原中心与电极之间的直接电子转移,大幅提高固定化酶的催化活性,增加电极的电流响应灵敏度,改进生物传感器的抗干扰性能,提高信噪比。
本论文主要包括以下两个部分的工作:
第一部分:采用电化学沉积法在氧化铟锡(ITO)透明导电玻璃上沉积硫化锌纳米颗粒,然后用扫描电镜(SEM)、电化学阻抗(EIS)和循环伏安(CV)表征合成的ZnS纳米颗粒,利用溶胶-凝胶的方法将葡萄糖氧化酶(GOD)固定到修饰电极的表面,比较了GOD-SG/ZnS/ITO和GOD-SG/CdS/ITO两种修饰电极的电化学行为和对葡萄糖的催化性能。结果表明基于ZnS的酶修饰电极具有较高的灵敏度,对葡萄糖响应的线性范围为0.2-5.5mM,米氏常数Km为3.8。ZnS可以有用来替代高毒性的CdE,是一种较好的制备生物传感器的纳米材料。
第二部分:我们利用电化学沉积的方法制备了Au-ZnS核壳结构。金纳米颗粒(AuNPs)首先沉积到ITO玻璃的表面,然后ZnS(壳)再通过电沉积的方法修饰到AuNPs(核)。利用溶胶凝胶的技术把葡萄糖氧化酶(GOD)固定到修饰ZnS/AuNPs/ITO电极表面。用扫描电镜(SEM),电化学阻抗(EIS)和循环伏安(CV)表征ZnS/AuNPs复合纳米颗粒。结果表明,ZnS-AuNPs存在协同效应使得固定在ZnS/AuNPs修饰电极上的GOD的氧化还原峰电流比单独的基于AuNPs和ZnS纳米粒子的都要大,GOD-SG/ZnS/AuNPs酶电极的线性范围0.1-8.0mM,米氏常数Km为2.1。更重要的是AuNPs-ZnS存在的协同效应可以应用于其它生物传感器。