基于电沉积壳聚糖和多巴胺氧化聚合膜的安培生物传感研究

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酶电极是利用酶催化反应的高度专一性与电化学信号检测的高灵敏度的一种电化学生物传感器,近几十年来发展迅速。高效高活性的酶固定技术的研究对生物催化领域意义重大,也是提高酶电极使用寿命和重复性的基础。电化学石英晶体阻抗分析(EQCIA)是一种电极表面化学/生物修饰过程的重要表征技术。该技术通过快速测量石英晶体电声阻抗而获取较全面的晶体谐振信息,从而可同步动态研究电化学反应或过程的多种理化参数和材料学性质,如电极表面低至纳克级的质量变化、溶液粘密度和修饰膜粘弹性等。本文在本实验室前面工作的基础上,在壳聚糖的电沉积、葡萄糖氧化酶的固定及酶电极研究等方面完成了一些创新性工作。主要内容如下:1.综述了生物传感器的概念、构成和生物分子识别物质的固定方法,以及电化学石英晶体微天平(EQCM)技术及其应用。2.提出了一种以1,4-苯醌电还原法诱导沉积厚度可控的酶-壳聚糖-多壁碳纳米管(MWCNT)复合膜用于固定葡萄糖氧化酶(GOD)的新方法。利用EQCIA技术现场监测了壳聚糖(CS)在金电极表面的沉积过程。结果表明电沉积的壳聚糖为非刚性的水凝胶膜,并籍此制作了性能良好的GOD-CS-MWCNT/Au电极用于葡萄糖的检测,同时与H2O2电还原法和析氢法所制备的传感器进行了比较。优化条件下,该传感器的线性范围为0.005~8 mmol L-1、检测限为2μmol L-1(S/N=3)、响应时间在15 s内,并且稳定性良好,米氏常数(Km app)为6.80 mmol L-1,表明此方法制备的纳米复合膜具有良好的生物兼容性。3.利用EQCIA技术研究了普鲁士蓝(PB)在金电极上的电沉积过程。通过优化PB的量,制作了一种性能良好的NanoAu-Hb-Chitosan/PB/Au电极用于过氧化氢的检测,优化条件下,该传感器表现出良好的性能,其线性范围为1μmol L-1~5 mmol L-1、检测限为2.7×10-7 mol L-1(S/N=3)、响应时间在10 s以内,并且稳定性良好。4.在铂颗粒修饰的8B铅笔芯电极上电生多巴胺聚合膜固定葡萄糖氧化酶(GOD),通过优化聚合溶液中磷酸缓冲液、多巴胺(DA)和GOD三者的浓度,研制了价廉性优的新型葡萄糖酶电极用于葡萄糖传感检测。优化条件下,该传感器的线性范围为0.05~12mmol L-1、检测限为6μmol L-1(S/N=3)、响应时间在15 s内,并且稳定性良好,具有较强的抗干扰能力,用于实际血样检测,结果满意。
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