基于納米材料的生物傳感器的研究.pdf

1、本論文工作擬主要集中在電分析化學中最活躍的研究領域——基于新型納米材料電化學傳感器的研制：將新型納米材料——導電高分子納米材料、殼核納米復合材料等引入生物傳感器，通過采用電化學修飾、模板合成等技術手段對納米材料進行功能化設計，將蛋白質(zhì)、酶等生物分子嫁接到其表面，進而展開生物分子識別的研究，以期建立高靈敏度、高選擇性、高穩(wěn)定性的生物分子檢測手段，研究開發(fā)新型的基于納米材料的生物傳感器，并將其應用于實際生物樣品(如血清，尿樣等)的檢測，為生

2、命科學及其相關領域的研究提供新的分析方法，努力實現(xiàn)將納米技術、電分析化學和生命科學三者的結合。圍繞這一課題，本論文開展了以下幾個方面的工作： 一、基于Au溶膠Si02核/殼結構納米復合材料修飾的葡萄糖生物傳感器的研究 金溶膠由于其比表面積大、表面活性中心多、表面反應活性好、催化效率高以及吸附能力強等特點，已經(jīng)成為應用最為廣泛的金屬納米微粒材料，在酶的固定、生物分子的識別以及傳感界面的構筑等方面都得到了廣泛的應用。

3、 二氧化硅具有多孔性、無毒性、化學惰性、熱穩(wěn)定性以及良好的生物降解性和生物兼容性。同時，由于二氧化硅帶有親水基團，在水溶液中具有良好的分散性，因此用其包裹金屬納米微粒，可以制得具有良好生物兼容性及分散性的殼核結構復合納米材料。 本文利用SiO2包埋納米Au溶膠，實現(xiàn)了對Au溶膠的表面剪裁，制備了Au溶膠SiO2核-殼結構的納米復合材料。選擇葡萄糖氧化酶作為模型分子，考察了Au溶膠SiO2復合納米微粒對葡萄糖氧化酶的固定。研究發(fā)現(xiàn)

4、Au溶膠SiO2核-殼結構的納米復合材料很好地保持了葡萄糖氧化酶的生物活性，從而有效地提高了傳感器的靈敏度和使用壽命，是一種很有發(fā)展前途的葡萄糖電化學傳感器。 二、聚苯胺摻金納米復合材料修飾電極的制備及其應用于葡萄糖檢測的研究 作為傳感器，需要提供較大的比表面積和特殊的表面性質(zhì)來加快電子的傳遞和提高電流的響應，納米結構的聚苯胺(納米線，納米管，納米纖維)提供了這種可能。金屬離子尤其是一些貴金屬的納米粒子，由于在非線性光學

5、交換、免疫分析標記、拉曼光譜增強以及電化學催化等方面所表現(xiàn)出的優(yōu)異性能已經(jīng)成為構筑新型生物傳感器的重要材料。因此，納米級金屬粒子與導電高聚物的復合逐漸成為近幾年的研究熱點。 本文利用化學聚合，把H2O2既做氧化劑又做還原劑，制備了納米線結構的聚苯胺摻金復合材料，將其修飾于電極上對H2O2表現(xiàn)出很好的氧化催化，用戊二醛和牛血清白蛋白交聯(lián)葡萄糖氧化酶成功實現(xiàn)了葡萄糖氧化酶的固定。結果表明，該納米復合材料對葡萄糖氧化酶具有很好的生物兼

6、容性，且傳感器在1.0×10-7～8.0×10-4mol/L的濃度范圍內(nèi)葡萄糖濃度與氧化電流呈良好的線性關系，相關系數(shù)為0.9991，檢測限為5.0×10-7mol/L，可應用于人體血清中葡萄糖含量的測定。 三、模板法合成普魯士藍納米陣列及其應用于葡萄糖傳感器的研究 自從C.R.Martin研究小組利用多孔膜作為模板制備納米材料以來，采用模板法合成納米管、納米線的研究引起了人們的高度關注。普魯士藍(PB)膜修飾電極具有優(yōu)

7、良的電化學可逆性、極高的穩(wěn)定性及電催化性能，它對H2O2高靈敏的電催化作用在生物電化學領域也受到關注，被稱為“人工過氧化物酶”。本文以多孔氧化鋁為模板，采用電化學的方法合成了有序的納米PB陣列，進一步固定葡萄糖氧化酶后制備成為性能優(yōu)良的葡萄糖傳感器。研究表明，基于PB納米陣列的葡萄糖傳感器工作電位可以降低到-0.1V(vsSCE)，完全避免了常見干擾物質(zhì)的影響，因此該傳感器不經(jīng)過進一步的修飾就可以應用于實際血樣中葡萄糖含量的測定。

8、 四、電位控制模板合成鉑粒子及其在葡萄糖檢測中的應用 在納米材料制備領域，利用表面活性劑分子在分散體系中形成的有序聚集體，如：膠束、反膠束、微乳相等性質(zhì)成功制備了各種納米材料。表面活性劑分子結構特點決定其在溶液中必然形成膠團，而膠團的大小和膠團的數(shù)目是可以通過控制表面活性劑結構決定的。一般地，常用的表面活性劑形成的膠團直徑均在納米范圍內(nèi)，可以為化學反應提供特殊的微環(huán)境，即可以作為微反應器，也可以起模板作用，使化學反應在聚集體內(nèi)

9、發(fā)生，這樣就使得成核、聚集、團聚等過程局限在一個微小的范圍內(nèi)，從而可以得到各種結構的納米功能材料。本文中，在一0.2V的電位下，利用陰離子表面活性劑SDS做模板電沉積鉑粒子，該修飾電極對過氧化氫表現(xiàn)出很好的催化還原特性，且可應用于流動注射分析。將戊二醛交聯(lián)葡萄糖氧化酶將酶固定在該修飾電極上，對葡萄糖實現(xiàn)了定量測定。實驗結果表明，該修飾電極具有很好的生物兼容性，且靈敏度較高，穩(wěn)定性較好。 五、聚苯胺摻雜鉑粒子復合材料的制備及其用于

10、H2O2的檢測 鉑作為一種高活性的貴金屬，在催化和電分析領域已有了廣泛的認識和深入的研究。研究表明，鉑粒子修飾電極在氧化一些有機小分子物質(zhì)方面，其催化效果明顯優(yōu)于光鉑電極。研究發(fā)現(xiàn)，如果將某種物質(zhì)包裹于納米或微米粒子的外表對其進行表面改性或制成復合粒子，將兩種性質(zhì)不同的納米粒子或微米粒子或納米與微米粒子制成復合粒子，都將有效地避免單一納米粒子的團聚問題，而且還可充分發(fā)揮納米粒子的優(yōu)異特性，提高其使用效果。 本文利用超聲的