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基于无机/生物有机纳米杂化膜电极的传感、抑制动力学研究及其应用

作　者: 李庆波
导　师: 单丹
学　校: 扬州大学
专　业: 物理化学
关键词: 酶生物传感器辣根过氧化物酶苯甲酸电极表面壳聚糖磷酸缓冲溶液氧化还原层层自组装儿茶酚直接电化学
分类号: TS207.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

一.基于纳米碳酸钙构筑的抑制型多酚氧化酶生物传感器研究及应用基于纳米碳酸钙修饰的多酚氧化酶电极所制备的一种高可逆和高灵敏度的安培型生物传感器被成功地用来测定食品中的防腐剂苯甲酸。苯甲酸的检测是通过对Tyro/nano-CaCO3修饰在玻碳电极上的抑制作用完成。本文详细的研究了酶的底物类型和底物浓度对抑制作用的影响。电位控制在–0.20V(相对于标准电极电位SCE),检测苯甲酸时所选用的底物儿茶酚的浓度为6μM。这种抑制型的生物传感器对苯甲酸有快速的时间响应(<5s),线性范围为5.6×10-7-9.2×10-5 M,灵敏度为1061.4 mA M-1 cm-2。这种典型的竞争型生物传感器同时具有非常高的可逆性(100%),表观抑制常数为17μM。这种抑制型的生物传感器成功地测定了可口可乐、百事可乐、雪碧和酸奶中的苯甲酸。测定的结果和用高效液相色谱测定的结果相一致。二.基于自组装膜laponite/CHT中辣根过氧化酶的直接电化学及应用本章报道了一种新颖的基于laponite/壳聚糖(CHT)/辣根过氧化物酶(HRP)玻碳电极功能化基础上所构建的过氧化氢(H2O2)传感器。扫描速度固定在0.1Vs-1,磷酸缓冲溶液pH为7.0,电位控制在-0.8-0.8V范围内,该自组装电极循环伏安扫描在大约-0.09V(vs.SCE)处表现出了一对稳定的、准可逆的氧化还原峰。这是由辣根过氧化物酶中血红素辅基Fe(III)/Fe(II)电对发生氧化还原反应引起的。固定在自组装膜上的辣根过氧化物酶直接电化学反应是一个薄层控制的电化学过程。并且,血红素辅基中的Fe(III)/Fe(II)电对的标准电位随着外界溶液的pH4.0-9.0范围内成线性变化,其斜率为-60 mV pH-1,这表明在该电化学反应中进行一个电子传递的同时,还伴随着一个质子的转移。光电子能谱(XPS)、紫外光谱(UV)、电化学交流阻抗(EIS)和循环伏安(CV)被用来表征其自组装过程,固定在电极上的辣根过氧化物酶的活性和研究了固定在电极上的辣根过氧化物酶的电化学行为。因此,我们发展了一种新颖的测定H2O2第三代生物传感器。而且,组装了辣根过氧化物酶电极对H2O2有快速的安培响应,很好的稳定性,较长的寿命和较好的重现性。三.基于壳聚糖/laponite复合材料构筑的电化学葡萄糖氧化酶传感器壳聚糖/laponite纳米复合基质被成功地用来构建一种新的安培型葡萄糖生物传感器。这种杂化材料拥有有机高聚物壳聚糖的优点同时也拥有无机合成的粘土laponite的优点。葡萄糖氧化酶(GOD)固定在这种复合材料中保持了它的活性并且避免使用交联剂戊二醛。运用傅里叶转换红外光谱(FT-IR)和原子力显微镜(AFM)对其进行了表征。对影响生物传感器的构造和实验条件参数进行最优化。构建的这种生物传感器的灵敏度为33.9 mA M-1 cm-2,检测葡萄糖浓度范围为1×10-6 - 5×10-5 M,检测线为0.3μM,信噪比为3。传感器的表观米氏常数(KMapp)为15.8 mM。

全文目录

中文摘要  6-8
英文摘要  8-10
第一章绪言  10-31
  1.1 生物传感器  10-13
    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 生物传感器的分类和发展  11-13
  1.2 酶生物传感器  13-16
  1.3 载体固定化酶方法  16-18
  1.4 酶的固定化材料  18-24
    1.4.1 纳米材料  18-21
    1.4.2 无机纳米材料CaCO_3  21
    1.4.3 无机粘土laponite  21-23
    1.4.4 无机粘土laponite和壳聚糖杂化材料  23-24
  1.5 本论文的主要研究内容  24-25
  参考文献  25-31
第二章基于纳米碳酸钙构筑的抑制型多酚氧化酶生物传感器研究及应用  31-46
  2.1 引言  31-32
  2.2 实验部分  32-33
    2.2.1 试剂  32
    2.2.2 仪器  32
    2.2.3 生物传感器的构建及酶的固定  32-33
    2.2.4 苯甲酸的测量过程  33
    2.2.5 样品预处理  33
  2.3 结果与讨论  33-43
    2.3.1 酶底物对抑制剂苯甲酸的影响  33-36
    2.3.2 酶膜厚度对抑制剂苯甲酸的影响  36-37
    2.3.3 温度对抑制剂苯甲酸的影响  37-38
    2.3.4 Tyro/nano-CaCO_3 电极对苯甲酸的分析性能  38-40
    2.3.5 抑制动力学研究及机理  40-43
    2.3.6 苯甲酸抑制体系分析实际样品  43
  2.4 结论  43-44
  参考文献  44-46
第三章基于自组装膜 laponite/CHT 中辣根过氧化酶直接电化学及应用  46-70
  3.1 引言  46-49
  3.2 实验部分  49-50
    3.2.1 试剂  49
    3.2.2 仪器  49
    3.2.3 自组装 HRP/Laponite/Chitosan/玻碳电极制备  49-50
  3.3 结果与讨论  50-67
    3.3.1 电极自组装过程的表征  50-53
      3.3.1.1 X 射线光电子能谱（XPS）  50-51
      3.3.1.2 电化学交流阻抗技术表征  51-53
     3.3.2 HRP/laponite/CHT/GCE 层层自组装膜中 HRP 的构象分析  53-54
    3.3.3 HRP 在laponite/CHT/GCE 修饰电极上的直接电子转移  54-59
    3.3.4 溶液pH 对自组装电极HRP/laponite/CHT/GCE 电化学行为的影响  59-61
    3.3.5 自组装电极HRP/laponite/CHT/GCE的稳定性  61-62
    3.3.6 层层自组装电极HRP/laponite/CHT/GCE 电催化还原H_2O_2  62-66
    3.3.7 硫化物对层层自组装电极HRP/laponite/CHT/GCE的抑制  66-67
  3.4 结论  67-68
  参考文献  68-70
第四章基于壳聚糖/laponite 复合材料构筑的电化学葡萄糖氧化酶传感器  70-81
  4.1 引言  70-71
  4.2 实验部分  71-72
    4.2.1 试剂  71
    4.2.2 仪器  71-72
    4.2.3 CHT/laponite/GOD 电极的制备  72
  4.3 结果与讨论  72-79
    4.3.1 酶制剂的最优化条件  72-74
    4.3.2 最优条件下的测量变量  74-75
    4.3.3 CHT/laponite/GOD 生物电极的分析性能  75-77
    4.3.4 葡萄糖氧化酶和杂化复合膜的FTIR 表征  77-78
    4.3.5 原子力显微镜表征  78-79
  4.4 结论  79
  参考文献  79-81
第五章结论  81-82
硕士期间发表的论文  82-83
致谢  83

基于无机/生物有机纳米杂化膜电极的传感、抑制动力学研究及其应用

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