电流型过氧化氢生物传感器的构建及研究

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生物传感器是在生命科学和信息科学之间发展起来的一个交叉学科,是由生物学、物理学、医学、化学、电子技术等多种学科互相渗透成长起来的。由于具有灵敏度高、选择性好、价格低廉、分析速度快等优点,电化学生物传感器的应用不仅在医学、化工、发酵、食品和环保等方面显示了美好的前景,而且在活体应用方面也将变成可能。然而,生物分子的固定化是制备生物传感器最关键的步骤,是影响生物传感器的稳定性、灵敏度和选择性的关键因素。因此,本文选择了多种生物分子固定技术,采用多种电化学方法,从而构建了几种新型的电流型过氧化氢生物传感器。本论文主要进行了以下几方面的研究工作:1.用循环伏安法将电子媒介体硫堇电聚合在铂电极上,使其表面形成均匀的带负电的聚合膜层,通过静电吸附作用固定表面带正电荷的辣根过氧化物酶,接着吸附纳米金,然后再利用纳米金吸附固定一层辣根过氧化物酶,制成了新型过氧化氢生物传感器。实验发现,该传感器增加了酶的吸附量,响应快、灵敏度高、稳定性好,对H2O2表现出良好的响应特性。检测范围为5.2×10-7~2.0×10-3mol/L,检出限为1.7×10-7mol/L,并具有抗尿酸、抗坏血酸等干扰的特点。2.选择电化学聚合的方法,首先在玻碳电极上电聚合对氨基苯磺酸(p-ABSA),使其形成带负电的界面,利用静电作用将带正电荷的电子媒介体硫堇吸附其上,再通过硫堇的氨基吸附纳米金,最后利用纳米金良好的生物相容性、大的比表面积等性能,将辣根过氧化物酶静电吸附在纳米金表面,从而制得了性能良好的过氧化氢生物传感器。通过循环伏安法和计时电流法对该传感器的电化学特性进行了研究。研究结果发现,在优化的实验条件下,该生物传感器在2.6×10-6~8.8×10-3mol/L范围内对过氧化氢有良好的线性响应,检出限为6.4×10-7mol/L(S/N=3)。此外,研究结果还表明该生物传感器准确性好,灵敏度高,其固载方法经济实用,应用于真实的样品检测存在很大的潜力。3.利用静电吸附作用将血红蛋白固定在纳米金/L-半胱氨酸/聚对氨基苯磺酸膜修饰的铂电极表面,制备了无介体的蛋白质直接电化学的第三代电流型生物传感器。采用交流阻抗技术和紫外可见吸收光谱法对此种生物传感器的制备过程进行了表征;研究了血红蛋白在该修饰电极上的直接电化学行为;探讨了膜聚合圈数、温度、pH等对传感器响应的影响。在最优实验条件下,用循环伏安法测得H2O2浓度在2.1×10-7~3.1×10-3mol/L范围内与其还原峰电流呈线性关系,检出限为7.0×10-8mol/L(S/N=3)。4.将L-半胱氨酸自组装到金电极表面,使其表面带负电荷,进而吸附带正电荷的聚二烯丙基二甲基氯化铵(poly(diallyldimethylammonium)),接着吸附纳米金,最后再利用纳米金吸附固定一层血红蛋白(Hb),制成了新型过氧化氢生物传感器。采用循环伏安法和计时电流法对该传感器的性能进行了详细研究。实验发现,该传感器增加了酶的吸附量,响应快、稳定性好,对H2O2表现出良好的响应特性。检测范围为4.2×10-7~3.0×10-3mol/L,检出限为1.4×10-7mol/L,并具有抗尿酸、抗坏血酸等干扰的特点。
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