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新型生物传感器的构建及对环境污染物的检测研究

作　者: 谷广哲
导　师: 董社英
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 化学工程
关键词: 生物传感器 酶固定化 亚硝酸根 己烯雌酚 三氯乙酸
分类号: TP212.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


电化学酶传感器是基于酶反应所产生或消耗电活性物种的检测而构建的应用广泛、数量众多的一类生物传感器。将酶固定于电极表面并建立酶的活性位点与电极表面之间的有效通道是成功构建电化学酶传感器的关键。本文基于不同材料和不同固定方法制备了酶电极，并将其应用于环境污染物的检测，以建立方便、快速、灵敏、稳定的电化学分析方法。主要研究内容如下：1.采用微波水热法合成了一种中空氧化镍纳米微球（NiO），然后将所制备的NiO和1-丁基-3-甲基-咪唑四氟硼酸盐（BMIMBF4）复合膜用于血红蛋白（Hb）在碳糊电极上的固定制备NaNO2生物传感器。扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱及紫外-可见光谱实验结果表明：Hb能够固定于NiO和BMIMBF4的复合膜中并保持其生物活性，进一步通过电化学阻抗法研究了修饰电极中混合物各组分的作用。在NiO和BMIMBF4的复合膜中，Hb能实现有效的直接电子转移，且修饰后的电极对NaNO2有良好响应，响应时间小于5s，信噪比为3时检出限为4.6μM，灵敏度为46.2μA/mM，线性范围为10170μM，表观米氏常数KM为2.4mM，重现性和稳定性良好。本章采用物理吸附法固定酶从纳米材料微观形貌的角度为生物传感器的构建提供了一种新思路。2.环境雌激素由于能够干扰人体的正常代谢而受到人们的广泛关注和研究，其在环境中的检测十分必要。本章通过水热法制备了一种纳米钨酸铋（Bi2WO6）材料，并采用简单、有效的方法将其擦涂于碳糊电极表面制备出生物传感器（Bi2WO6/CPE），建立了同时检测己烯雌酚（DES）和双酚A（BPA）的电化学分析方法。Bi2WO6/CPE对该两种的线性检测范围分别为0.052.1μmol L-1和0.051.3μmol L-1，信噪比为3时检出限分别为0.015μmol L-1和0.02μmol L-1。将该方法应用于中老年奶粉中DES和BPA的检测，回收率分别为91%99%和88%98%。3.寻求合适的方法将酶或蛋白固定于电极表面并保留最大的催化活性是第三代生物传感器的研究重点。本文采用无皂乳液聚合法制备了带有胺基的功能化水凝胶（PNIPAM-NH2），并用于共价-包埋固定血红蛋白（Hb）制备了三氯乙酸生物传感器（Hb/PNN/CPE）。考Hb在凝胶膜中能够保持部分活性，其表观活性浓度为4.09×10-9M cm-1。采用安培计时法考察了Hb/PNN/CPE对三氯乙酸的响应，所得线性范围为20485μmoL/L，检出限为11μmoL/L（S/N=3），表观米氏常数Km为0.18mmoL/L,可用于三氯乙酸的检测。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-24
  1.1 生物传感器  10-11
    1.1.1 生物传感器概述  10-11
    1.1.2 生物传感器的原理  11
    1.1.3 生物传感器的分类  11
  1.2 电化学酶生物传感器  11-16
    1.2.1 电化学酶传感器的发展历史  12-13
    1.2.2 酶的固定化技术  13-16
  1.3 电化学酶传感器在环境监测中的应用  16-19
    1.3.1 有机污染物  16-17
    1.3.2 无机物  17-18
    1.3.3 重金属  18-19
  1.4 本论文的主要内容  19
  1.5 参考文献  19-24
2 基于中空氧化镍纳米微球和离子液体复合膜固定血红蛋白的亚硝酸根生物传感器研究  24-38
  2.1 引言  24-25
  2.2 实验部分  25-26
    2.2.1 试剂与溶液  25
    2.2.2 仪器  25
    2.2.3 电极的制备  25-26
  2.3 结果与讨论  26-32
    2.3.1 中空 NiO 纳米微球的形貌  26
    2.3.2 NiO-BMIMBF4和 Hb/NiO-BMIMBF4的光谱表征  26-28
    2.3.3 Hb 在修饰电极上的直接电化学  28-30
    2.3.4 NiO/IL/Hb-CPE 的电化学阻抗谱  30-31
    2.3.5 NiO/IL/Hb-CPE 对 NaNO_2的电催化性能  31-32
    2.3.6 NiO/IL/Hb-CPE 的重复性、稳定性及干扰实验  32
  2.4 本章小结  32-33
  2.5 参考文献  33-38
3 纳米 Bi_2WO_6生物传感器的构建及对两种环境雌激素的同时测定  38-56
  3.1 引言  38-39
  3.2 实验部分  39-41
    3.2.1 试剂和溶液  39-40
    3.2.2 仪器  40
    3.2.3 纳米 Bi_2WO_6的制备  40
    3.2.4 电极的制备  40-41
    3.2.5 检测样品的处理  41
  3.3 结果与讨论  41-51
    3.3.1 纳米 Bi_2WO_6的表征  41
    3.3.2 酶电极的循环伏安图  41-42
    3.3.3 修饰电极的表征及对 DES 的电催化  42-44
    3.3.4 扫速和 pH 的影响  44-47
    3.3.5 标准曲线和检测限  47-48
    3.3.6 同时测定 DES 和 BPA  48-50
    3.3.7 电极的稳定性及干扰物质的影响  50
    3.3.8 实际样品的检测  50-51
  3.4 结论  51
  3.5 参考文献  51-56
4 氨基功能化水凝胶共价-包埋血红蛋白制备三氯乙酸传感器  56-68
  4.1 引言  56-57
  4.2 实验部分  57-59
    4.2.1 试剂与仪器  57-58
    4.2.2 PNIPAM-NH_2水凝胶的合成  58
    4.2.3 Hb 与 PNIPAM-NH_2的酰胺反应及酶电极的制备  58-59
  4.3 结果与讨论  59-65
    4.3.1 影响 PNIPAM-NH_2水凝胶制备的因素  59
    4.3.2 PNIPAM-NH_2水凝胶共价-包埋 Hb 传感器的构造及其直接电化学  59-60
    4.3.3 不同修饰电极的电化学阻抗谱图  60-61
    4.3.4 扫描速度对峰电流和峰电位的影响  61-62
    4.3.5 缓冲液 pH 的影响  62-63
    4.3.6 Hb/PNN/CPE 对三氯乙酸的电催化性能  63-64
    4.3.7 Hb/PNN/CPE 的稳定性  64-65
  4.4 本章小结  65
  4.5 参考文献  65-68
5 论文总结和展望  68-70
致谢  70-71
硕士研究生期间发表论文  71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 生物传感器、医学传感器
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