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基于无机纳米材料的生物传感器研究

作　者: 朱明娟
导　师: 薛怀国；单丹
学　校: 扬州大学
专　业: 物理化学
关键词: 酶生物传感器响应电流酶电极酶传感器无机纳米材料载体材料复合膜黄嘌呤类水滑石分析性能
分类号: TP212.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

1.无机纳米碳酸钙用于构建新型葡萄糖生物传感器纳米CaCO₃具有强大的生物相容性,大的比表面积以及极易团聚等优点,对于酶的固定将具有更广阔的应用前景。将这种新颖的载体材料引入到葡萄糖氧化酶的固定中,可以大大改善葡萄糖生物传感器的分析性能。与由其它的无机载体材料制备成的葡萄糖生物传感器相比,GOD/纳米CaCO₃传感器在热稳定性方面具有明显的改进。为了使酶催化反应过程中生成的H2O2在修饰的电极上能发生氧化反应,本文中将GOD/纳米CaCO₃传感器的电位控制在0.60 V。该生物传感器对葡萄糖溶液表现出快速的生物电化学响应特性（6 s）、低的检测下限（0.1μM）、宽广的线性检测范围（0.001～12 mM）、高的灵敏度（58.1 mA cm-2 M-1）以及很高的操作稳定性和较长的寿命。另外本工作对生物传感器的制备条件进行了优化,研究了外加电位等外界因素对葡萄糖传感器响应电流的影响,并讨论了葡萄糖生物传感器的抗干扰能力。2.无机纳米碳酸钙用于构建高灵敏的酚类安培型生物传感器研究了利用一种新颖的载体材料纳米CaCO₃来固定多酚氧化酶（PPO）的高灵敏的新型酚类生物传感器。制备新型酚类传感器的操作简单:即采用戊二醛交联技术,将PPO/纳米CaCO₃复合膜固定在玻碳电极表面上。作为载体材料的纳米CaCO₃具有三维结构、多孔形态、亲水性以及生物相容性等优点,非常有利于酶的固定,并且能够很好地保持固定酶的生物活性。本文系统地研究了该传感器构建的最佳参数以及溶液pH值、操作电位和系统温度等使用条件对酶传感器响应电流的影响。该生物传感器表现出一些优异的分析性能:宽广的线性检测范围(6×10^-9 2×10^-5 M)、快速的时间响应（低于12 s）、高的灵敏度(474 mA M^-1)、低的检测下限（0.44 nM,信号噪声比为3）和优异的长期稳定性（56天后传感器仍能保持原有响应的70%）。3.基于类水滑石（LDHs）的黄嘌呤生物传感器描述了一种用层状类水滑石（Layered double hydroxides）无机载体材料制备的黄嘌呤安培传感器的方法。制备黄嘌呤生物传感器的操作简单:即采用戊二醛交联技术,将XOD/LDHs复合膜固定在铂电极表面上。用FT-IR对复合膜进行了表征,结果显示XOD在复合膜中保持了其原始结构的基本特性。酶电极对黄嘌呤溶液浓度响应的线性范围是1～200μM,灵敏度为0.18 AM^-1cm^-2,检测下限为1μM。传感器的表观Michaelis-Menten常数（KMapp）为1.1 mM。酶催化反应的活化能是8.4 kJ mol^-1。此外,该生物传感器表现出了优异的长期稳定性和令人满意的重现性。

全文目录

中文摘要  6-8
英文摘要  8-10
第一章绪言  10-22
  1.1 生物传感器  10-12
    1.1.1 生物传感器的概念  10
    1.1.2 生物传感器的原理和器件  10-11
    1.1.3 生物传感器的分类  11-12
    1.1.4 生物传感器的发展与展望  12
  1.2 酶生物传感器  12-14
    1.2.1 酶的固定化方法  13-14
    1.2.2 酶的固定化材料  14
  1.3 纳米材料  14-15
  1.4 无机纳米材料  15-17
    1.4.1 纳米CaCO_3  15-16
    1.4.2 无机黏土水滑石（LDHs）  16-17
  1.5 酶电极的制备过程  17-18
  1.6 本论文的内容  18
  参考文献  18-22
第二章无机纳米碳酸钙用于构建新型葡萄糖生物传感器  22-51
  2.1 引言  22-23
  2.2 实验部分  23-26
    2.2.1 试剂  23-24
    2.2.2 仪器  24
    2.2.3 其它测试  24
    2.2.4 酶电极的制备  24-25
    2.2.5 响应电流的测定  25-26
  2.3 结果与讨论  26-47
    2.3.1 纳米CaCO_3、GOD、GOD/纳米CaCO_3复合膜的表征和特性  26-32
    2.3.2 传感器构筑的优化  32-35
    2.3.3 外界因素对传感器响应的影响  35-45
    2.3.4 生物传感器的稳定性  45-47
  2.4 结论  47-48
  参考文献  48-51
第三章无机纳米碳酸钙用于构建高灵敏的酚类安培型生物传感器  51-83
  3.1 引言  51-52
  3.2 实验部分  52-55
    3.2.1 试剂  52
    3.2.2 仪器  52-53
    3.2.3 其它测试  53
    3.2.4 酶电极的制备  53
    3.2.5 生物传感器响应电流的测定  53-55
  3.3 结果与讨论  55-80
    3.3.1 纳米CaCO_3、PPO、PPO/纳米CaCO_3复合膜的表征  55-62
    3.3.2 生物传感器的结构优  62-64
    3.3.3 外界因素对传感器响应的影响  64-69
    3.3.4 底物浓度对传感器响应电流的影响  69-71
    3.3.5 生物传感器的重现性  71-72
    3.3.6 生物传感器的稳定性和寿命  72-73
    3.3.7 生物传感器对各种酚类化合物的响应特性  73-75
    3.3.8 生物酶固定载体接触角的测定  75-76
    3.3.9 PPO/纳米CaCO_3传感器与其它传感器分析性能的比较  76-78
    3.3.10 PPO/纳米CaCO_3酶电极的放大效应  78-80
  3.4 结论  80
  参考文献  80-83
第四章基于类水滑石（LDHs）的黄嘌呤生物传感器  83-100
  4.1 引言  83-84
  4.2 实验部分  84-86
    4.2.1 试剂与溶液  84
    4.2.2 类水滑石（LDHs）的制备  84-85
    4.2.3 XOD/LDHs 酶电极的制备  85
    4.2.4 生物传感器响应电流的测定  85-86
  4.3 结果与讨论  86-98
    4.3.1 LDHs、XOD/LDHs 复合膜的表征  86-87
    4.3.2 酶修饰电极的电化学响应  87-89
    4.3.3 操作条件对传感器响应的影响  89-93
    4.3.4 生物传感器的响应特性  93-96
    4.3.5 传感器的重现性  96
    4.3.6 传感器操作稳定性和寿命  96-98
  4.4 结论  98-99
  参考文献  99-100
硕士期间发表论文  100-101
致谢  101

基于无机纳米材料的生物传感器研究

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