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基于壳聚糖/粘土复合材料的生物电极的构筑及其传感性能研究

作　者: 韩恩
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壳聚糖类水滑石杂化材料血红蛋白酶电极电极表面层层自组装表观米氏常数
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

一.血红蛋白/Laponite/壳聚糖自组装膜电极的直接电化学特性及其对过氧化氢的催化还原通过层层自组装的方法依次将壳聚糖﹑Laponite﹑血红蛋白固定到羧基化的玻碳电极表面,制备成了高稳定性的Hb/Laponite/CHT/GC电极,从而实现了血红蛋白与玻碳电极之间的直接电子传递过程。固定扫速为0.1Vs-1,控制磷酸缓冲溶液pH为6.0,电位为-0.8～0.8V范围内,该自组装电极循环伏安扫描在大约-0. 035V(vs.SCE)处表现出了一对稳定的、准可逆的氧化还原峰。这是由血红蛋白中血红素辅基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血红蛋白直接电化学反应是一个薄层控制的电化学过程。并且,血红素附基中的Fe(III)/Fe(II)电对的形式标准电位随着外界溶液的pH变化(pH3.0～8.0)而成线性变化,其斜率为-63 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。紫外光谱表明,血红蛋白的Soret吸收峰并未发生移动,这说明固定在自组装膜中的血红蛋白很好地保持了其原有的二级结构。自组装电极还表现出了较好的使用寿命,使用了60天后还能保持其氧化还原峰位置不变,且还原峰电流仍保持原来的90%。该电极还对过氧化氢表现出了较好的催化还原作用,其线性检测范围为6.2×10-6～2.55×10-3M,当信噪比为3时,检测下限为6.2×10-6M。二.基于壳聚糖/LDH杂化材料的新型高灵敏度的酚类安培型生物传感器的研究研究了一种基于壳聚糖/类水滑石杂化材料的新型高灵敏度酚类生物传感器。该杂化材料既具有无机粘土类水滑石(LDH,Layered double hydroxides)的强吸附能力和较好的亲水特性,也具有壳聚糖(Chitosan)这种生物学特性优良的高分子氨基多糖的易成膜和较好的生物相容特性。用FT-IR对杂化膜进行表征,结果表明:该杂化材料能为多酚氧化酶提供良好的生物微环境,从而保持其原始结构的基本特性和其生物活性,延长生物传感器的使用寿命。研究结果表明:类水滑石和壳聚糖最佳质量比为4:1;在此比例下该杂化膜表现出了最好的亲水特性。该生物传感器对儿茶酚表现出了快速的生物电化学响应特性(5s就可以达到最大响应电流的95%)、较低的检测下限(0.36nM)、宽广的线性检测范围(3.6×10-9～4×10-5M)和较高的检测灵敏度(2750±52 mA M-1 cm-2)。传感器的表观米氏常数(KMapp)为0.13 mM。酶催化反应的活化能是27.6 kJ mol-1。同时,该生物传感器还表现出了较好的使用寿命。三.包埋在类水滑石/壳聚糖无机有机杂化材料中的葡萄糖氧化酶生物传感器用壳聚糖/类水滑石(LDH,Zn3-Al-Cl)杂化材料固定葡萄糖氧化酶(GOD),制备成了壳聚糖/LDH/GOD/Pt电极。实验寻找到了制作葡萄糖氧化酶生物传感器的最佳条件,即壳聚糖和LDH之间的最佳质量比为2:1,还研究了膜层厚度以及酶的用量对传感器响应电流的影响。研究发现传感器使用的最佳条件为:测量温度为50oC﹑工作电位为0.6V﹑底物溶液pH为6.5。同时,考察了该传感器在优化的实验条件下对葡萄糖溶液的响应特性。实验结果表明:该生物传感器对葡萄糖表现出了宽广的线性检测范围(0.001～10 mM),酶催化反应的表观米氏常数为17.3mM,酶催化反应的表观活化能为22.1 KJ。同时该传感器还表现出响应快﹑重现性好等优点。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-10
第一章序言  10-30
  1.1 生物传感器  10-13
    1.1.1 生物传感器的概念、组成器件和工作原理  10-11
    1.1.2 生物传感器的分类和发展  11-13
  1.2 酶生物电极及其在生物传感中的应用  13-17
  1.3 酶、蛋白质在电极上的固定方法  17-18
  1.4 酶、蛋白质生物电极的固定化材料  18-24
    1.4.1 无机粘土  18-22
    1.4.2 无机粘土/壳聚糖复合材料  22-24
  1.5 本论文的主要研究内容和创新之处  24-25
  参考文献  25-30
第二章血红蛋白/Laponite/壳聚糖自组装膜电极的直接电化学特性及其对过氧化氢的催化还原  30-50
  2.1 引言  30-32
  2.2 实验部分  32-34
    2.2.1 试剂  32
    2.2.2 仪器  32
    2.2.3 自组装 Hb/Laponite/Chitosan/GC 电极制备  32-34
  2.3 结果与讨论  34-48
    2.3.1 Hb/Laponite/Chitosan 自组装膜的表征  34-36
      2.3.1.1 原子力显微镜  34-35
      2.3.1.2 紫外光谱  35-36
    2.3.2 Hb/Laponite/CHT 自组装膜电极的直接电化学特性  36-41
      2.3.2.1 Hb/Laponite/Chitosan 自组装膜电极的 CV 图  36-40
      2.3.2.2 Hb/Laponite/Chitosan 自组装膜电极制作参数的优化  40-41
    2.3.3 外界溶液pH 对自组装电极直接电化学特性的影响  41-43
    2.3.4 Hb/Laponite/Chitosan 自组装膜电极稳定性  43-44
    2.3.5 Hb/Laponite/Chitosan 自组装膜电极对 H202 的电化学催化  44-48
  2.4 结论  48
  参考文献  48-50
第三章基于壳聚糖/LDH 杂化材料的新型高灵敏度酚类安培型生物传感器  50-74
  3.1 引言  50-51
  3.2 实验部分  51-54
    3.2.1 试剂  51-52
    3.2.2 仪器  52
    3.2.3 酶电极的制备  52
    3.2.4 生物传感器响应电流的测定  52-54
  3.3 结果与讨论  54-71
    3.3.1 [Zn_3-Al-Cl], CHT, PPO, [Zn_3-Al-Cl]/CHT/PPO 的表征  54-60
      3.3.1.1 酶的固定化率计算  54-57
      3.3.1.2 红外光谱  57-58
      3.3.1.3 交流阻抗  58-60
    3.3.2 生物传感器最佳制作条件的优化  60-63
      3.3.2.1 LDH/CHT 质量比对生物传感器性能的影响  60-62
      3.3.2.2 膜厚度对该生物传感器性能的影响  62-63
    3.3.3 生物传感器工作条件的优化  63-71
      3.3.3.1 温度对生物传感器响应电流的影响  63-64
      3.3.3.2 底物溶液pH 和操作电位对生物传感器响应电流的影响  64-65
      3.3.3.3 生物传感器安培响应特性  65-67
      3.3.3.4 生物传感器对不同酚类化合物的安培响应特性  67-71
  3.4 结论  71
  参考文献  71-74
第四章包埋在类水滑石/壳聚糖无机有机杂化材料中的葡萄糖氧化酶生物传感器  74-92
  4.1 引言  74-75
  4.2 实验部分  75-77
    4.2.1 试剂  75
    4.2.2 仪器  75
    4.2.3 其它测试  75-76
    4.2.4 酶电极的制备  76
    4.2.5 生物传感器响应电流的测定  76-77
  4.3 结果与讨论  77-91
    4.3.1 [Zn_3-Al-Cl], CHT, GOD, [Zn_3-Al-Cl]/CHT/ GOD 膜的表征  77-80
      4.3.1.1 红外光谱  77-79
      4.3.1.2 紫外光谱  79-80
      4.3.1.3 交流阻抗  80
    4.3.2 生物传感器最佳制作条件的优化  80-82
      4.3.2.1 LDH/CHT 质量比对生物传感器性能的影响  80-82
      4.3.2.2 膜厚度对该生物传感器性能的影响  82
    4.3.3 生物传感器工作的最佳条件优化  82-86
      4.3.3.1 温度对生物传感器响应电流的影响  83-84
      4.3.3.2 pH 和操作电位对生物传感器响应电流的影响  84-86
    4.3.4 LDHs/CHT/GOD 酶电极的电化学响应特性  86-91
  4.4 结论  91-92
参考文献  92-94
第五章结论  94-95
硕士期间发表的论文  95-96
致谢  96-97

基于壳聚糖/粘土复合材料的生物电极的构筑及其传感性能研究

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