基于纳米模拟酶的光电化学传感器的研究

来源 :山东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rylove006
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近年来,基于纳米材料的人工合成酶不仅具有模拟功能,而且克服了天然酶的固有缺陷,引起了人们的广泛关注。纳米酶不仅具有与天然酶相同的模拟活性,而且其低成本、高稳定性、独特的表面化学性质、生物相容性和易表面调节性等诸多优点,使其广泛地应用于生物传感领域。光电化学检测技术是一种新兴的分析手段,利用光信号和电信号相互转换从而实现相应物质的检测。葡萄糖是维持人体正常活动的重要物质,所以人体内葡萄糖含量的检测在我们日常生活中十分重要。本论文基于碘氧化铋(Bi OI)、Ce-ATP、氧化铈(Ce O2)、葡萄糖氧化酶(GOX)等物质,将纳米酶与光电化学传感器结合起来,构建了灵敏专一的酶传感器,实现了人体血清中葡萄糖的检测。主要工作内容如下:1、首先采用连续离子层吸附反应法(SILAR)在FTO电极上制备Bi OI纳米薄层,Bi OI作为光敏材料,在可见光区有着高效的吸收并且具有较窄的带隙,当受到光的激发时,电子和空穴发生定向转移,电子定向转移到导带(CB)上,空穴定向转移到价带(VB)上。溶液中发生反应生成的H2O2充当电子受体,捕获导带上的电子,并进一步被氧化生成活性氧O2.-。通过简便的方法合成了Ce-ATP,将其与Bi OI修饰在一起形成纳米复合材料。利用显色反应验证了Bi OI和Ce-ATP都具有过氧化物酶的活性,然后分别测量了二者对H2O2的光电化学响应,证明了形成纳米复合材料之后,传感器对H2O2的光电流响应灵敏度增强,二者起着协同催化的作用。合成的GOX@Ce-ATP修饰在Bi OI电极上实现了对葡萄糖的检测,在GOX的催化下,葡萄糖和O2发生反应生成葡萄糖酸和H2O2,随着葡萄糖浓度的增大,反应生成的H2O2变多,光电流信号增强,为信号增大型检测葡萄糖的酶传感器。在最佳反应条件下,所制备的传感器表现出较低的检测下限0.071μM,并且当葡萄糖的浓度从0.5μM增加到1 m M时,传感器的光电流响应与葡萄糖浓度的对数成正比,实现了对葡萄糖的灵敏专一的检测,可用于人体血清中葡萄糖含量的测定。2、采用简单的水热法合成了具有过氧化物酶作用的Ce O2,其与Bi OI结合形成纳米复合材料。由于二者能级匹配,当受到光的激发时,Bi OI和Ce O2的电子和空穴会发生定向移动,Ce O2导带(CB)上的电子能够传递到Bi OI的CB上,然后继续传递到电极上,Ce O2可加速Bi OI的电子传递,从而增强电极的光电流响应。利用静电吸附作用,采用自组装的方法合成了GOX-Ce O2,将其修饰到Bi OI/FTO电极上,将不同浓度的葡萄糖与过量的显色剂DAB的混合液滴在GOX-Ce O2/Bi OI电极上,葡萄糖和O2可被GOX催化生成葡萄糖酸和H2O2,在过氧化物模拟酶Bi OI和Ce O2的催化下,中间产物H2O2和显色剂DAB发生反应,最终在电极表面生成棕褐色不溶性沉淀,阻碍了电子转移,从而使光电流减小。随着葡萄糖的浓度的增大,生成的沉淀变多,电流则越小,为信号减小型检测葡萄糖的酶传感器。在最佳反应条件下,所制备的传感器表现出较低的检测下限0.0014μM,并且当葡萄糖的浓度从0.01μM增加到10 m M时,传感器的光电流响应与葡萄糖浓度的对数成正比,从而实现了对葡萄糖的检测。该传感器具有灵敏度高、线性范围宽且专一性好等优点,为人体血清中葡萄糖含量的检测提供了一种有效的方法。
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