基于纳米材料和介孔材料电化学生物传感器的研究

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近年来,基于直接电子传递的第三代生物传感器由于其制备简单、成本低、选择性好、灵敏度高、易于微型化等特点,在临床诊断、环境监测、以及食品工业等领域具有广泛的应用前景,从而引起了广泛的关注和研究。但是由于氧化还原蛋白和酶的反应活性中心深埋在分子内部,并且在电极表面容易失活,使得其在电极表面难以进行直接电子传递。因此,采用新技术和应用新材料以制备性能优良的第三代生物传感器成为目前研究的热点之一。其中,应用纳米材料和介孔材料构建的第三代传感器得到了广泛的研究。由于纳米材料的物理、化学以及电化学性能优良,并且还具有良好的生物兼容性,将其应用于生物传感器能够较大的改善传感器的性能。介孔材料具有大的比表面积、独特的孔容结构以及单一的孔径,可以成为理想的固酶载体。本学位论文将纳米铂、介孔二氧化锆以及二氧化钛空心球和血红蛋白组装到电极表面构建了传感器。构建的传感器实现了直接电化学行为,并实现了在低电位下对过氧化氢灵敏快速的检测。本论文主要做了以下几方面的研究工作:1、将血红蛋白和季铵化聚乙烯吡啶按一定比例混合,滴涂在表面修饰了纳米铂的玻碳电极上,成功制备了性能良好的过氧化氢传感器。通过循环伏安法(CV)和计时电流法考察了该传感器的电化学性质。最佳实验条件下,其峰电流值与H202浓度在3.5×10-6~3.15×10-3mo1/L成良好的线性关系,检测下限为1.5x10-6 mol/L(S/N=3),相关系数为0.9992。实验证明该电极对过氧化氢具有响应快,灵敏度高、线性范围宽和稳定性好的性能。2、选用介孔二氧化锆作为固酶基质。在电解质溶液中,采用共电沉积法将血红蛋白和介孔二氧化锆固定到金电极表面,制备了性能良好的生物传感器。采用红外分光光度法和紫外分光光度法证明了介孔二氧化锆对酶的活性没有影响。通过透射电镜和比表面测定表征了介孔二氧化锆的孔状结构。研究了pH和工作电位对于传感器性能的影响,以及电极表面的直接电化学行为。结果表明,电极表面存在良好的直接电化学行为,电子转移常数和电子传递速率分别为0.64和1.47 s-1。线性范围为1.75×10-7~4.9×10-3 mol/L,检测下限为1.0x10-7mol/L。该传感器还具有较高的灵敏度,良好的稳定性和选择性。3、将二氧化钛空心球和血红蛋白用共电沉积法固定在金电极表面制得了传感器,并对过氧化氢进行了测定。采用红外分光光度法和紫外分光光度法证明了二氧化钛空心球对酶的活性没有影响。通过透射电镜表征了二氧化钛空心球的空心结构。采用循环伏安法(CV)和计时电流法考察了该传感器的电化学性质。传感器对过氧化氢有明显的催化作用。在1.4×10-6~6.14×10-4mol/L范围内,电流和过氧化氢的浓度成线性关系,检出限为5.0×10-7mol/L。
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