發(fā)布時間：2018-11-08 08:01

【摘要】：生物電化學(xué)傳感器是一種基于生物材料(如:酶、抗原、抗體等)作為敏感元件與電極之間轉(zhuǎn)換為電化學(xué)信號輸出的傳感器。該方法具有靈敏度高、成本低、檢測設(shè)備簡單等優(yōu)點。其中生物蛋白分子的固載是構(gòu)建高性能生物傳感器的一個關(guān)鍵步驟,因為該步驟不僅僅影響了生物蛋白分子固定量的多少,也間接影響了其生物活性的大小。通常利用納米顆粒來有效固載生物分子,借助納米顆粒的良好生物兼容性來保持酶的活性。然而,單獨的納米顆粒容易在電極表面上發(fā)生聚集,使得納米顆粒大的比表面積得不到很好的利用,阻礙了電子的傳輸,也不利于蛋白質(zhì)活性的保持。生物質(zhì)多孔碳材料由于其來源廣、可再生、環(huán)境友好、以及大的比表面積、高的孔隙率、短的擴(kuò)散路徑、快的質(zhì)子傳遞、好的導(dǎo)電性、出色的吸附能力和容易的表面化學(xué)等優(yōu)越的性能,可以當(dāng)做支撐材料構(gòu)筑生物電化學(xué)傳感器。因此,如何保持生物分子在電化學(xué)傳感器中的活性,增加生物分子在電極上的固載量成為了研究的熱門問題。本論文從生物分子的固定化以及活性的保持出發(fā)開展了以下五個工作:1、在超低離子溶液中利用銀納米顆粒的氧化產(chǎn)生銀離子,從而引起溶液中電導(dǎo)的變化來檢測葡萄糖。首先,在氧氣飽和溶液中,葡萄糖氧化酶(GOD)催化葡萄糖為葡萄糖酸的同時消耗氧氣產(chǎn)生過氧化氫(H2O2)。接著,H2O2氧化檸檬酸三鈉包裹的銀納米顆粒(CCAgNPs)產(chǎn)生銀離子(Ag+)同時伴隨著檸檬酸根從CCAgNPs表面的脫落。產(chǎn)生的Ag+,葡萄糖酸及脫落的檸檬酸根引起了溶液中離子濃度的大大增加,從而進(jìn)一步引起溶液中電導(dǎo)率的增加。通過檢測電導(dǎo)率的增強,就可以間接檢測出溶液中葡萄糖的含量�；诖顺晒Φ貥�(gòu)建了一種新型的低離子強度的電導(dǎo)型葡萄糖傳感器,其線性范圍為0.06 4.0 mM,檢出限為18.0μM。該新型電導(dǎo)葡萄糖傳感器不僅僅實現(xiàn)了在實際樣品(紅牛飲料)中葡萄糖含量的測定,還首次提出了電導(dǎo)型生物傳感器在葡萄糖檢測中的應(yīng)用。2、本工作,首次利用洋麻桿制備的三維多孔碳材料(3D-KSCs)一步法直接固載生物大分子葡萄糖氧化酶(GOD)構(gòu)筑葡萄糖生物傳感器。處理好的3D-KSCs和3D-KSCs/GOD修飾電極通過掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行了形貌的表征。通過SEM和TEM圖像可以看出,3D-KSCs是一種呈蜂窩狀的大孔結(jié)構(gòu)且在3D-KSCs表面還有一些微孔和缺陷。接著,通過循環(huán)伏安法和電化學(xué)交流阻抗法對3D-KSCs/GOD修飾電極進(jìn)行電化學(xué)行為和電化學(xué)催化性能的探究。實驗結(jié)果表明,該葡萄糖傳感器有一個較寬的線性范圍(0.1 mM~14.0 mM)和較低的檢出限(50.75μM)。該工作最大亮點是,首次使用生物多孔碳實現(xiàn)了生物大分子的固載。3、本工作,首先合成了AuNPs-Ab2-GOD-ConA復(fù)合物作為探針,制備了BSA-Ab1/CHIT-AuNPs/3D-KSCs修飾電極作為信號收集轉(zhuǎn)換器構(gòu)筑了一個新型的三明治夾心型pH開關(guān)行為的免疫傳感器。通過原子力顯微鏡(AFM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、紫外可見吸收光譜儀(UV)、傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)對材料進(jìn)行了探究與表征。利用免疫反應(yīng)定量捕獲癌胚抗原(CEA)后大大阻礙了Fe(CN)63-/4-在該修飾電極上的電子轉(zhuǎn)移,從而導(dǎo)致了電阻的大大增加。其主要原因是因為捕獲抗原以及標(biāo)記探針后,蛋白質(zhì)阻礙了電子傳輸能力并且探針?biāo)鶐ж?fù)電對Fe(CN)63-/4-具有強烈的靜電斥力。該過程利用電化學(xué)交流阻抗進(jìn)行驗證。該修飾電極具有大的比表面積可以裝載大量的Ab1,并且具有pH開關(guān)行為的探針也大大提高了檢測CEA的靈敏度。該新型免疫傳感器對CEA的檢測具有寬的線性范圍(5 pg mL-1~50 ng m L-1),低的檢出限(1.3 pg mL-1)和高的靈敏度(57.573μA ng m L-1 cm-2)。此外,該免疫傳感器具有良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。4、首先通過電沉積的方式將CHIT-AuNPs沉積在3D-KSCs上,接著首次將Tb@mesoMOF與CHIT-AuNPs/3D-KSCs結(jié)合并且構(gòu)筑了新的一個支撐復(fù)合材料來固載微過氧化氫酶(MP-11)。MP-11分子與Tb@mesoMOF中的有機框架可以緊密結(jié)合是因為MP-11中的血紅素通過π…π鍵與Tb@mesoMOF中的有機配位體三嗪苯環(huán)相互結(jié)合。這強烈的相互作用使得MP-11分子可以保留在金屬有機框架的孔洞中,并且對過氧化氫(H2O2)的催化活性也得到了保存。3D-KSCs材料具有非常大的有效表面積、三維多孔碳結(jié)構(gòu)和良好的導(dǎo)電性。MP-11/Tb@mesoMOF/CHIT-AuNPs/3D-KSC修飾電極的電化學(xué)行為和電催化性能通過循環(huán)伏安法和計時電流法進(jìn)行測定。對H2O2具有良好的催化效果,其線性范圍為5μM~0.5 mM,檢出限為1.27μM(R=0.996;n=11)。因此,本工作首次構(gòu)筑了Tb@mesoMOF與3D-KSCs相結(jié)合的生物電化學(xué)傳感器為以后MOF與其他多孔碳材料結(jié)合從而提高酶的固載量提供了可能。5、通過碳納米管(CNTs)與Tb@mesoMOF結(jié)合形成新的納米復(fù)合材料構(gòu)筑一個以葡萄糖脫氫酶(GDH)為敏感元件的葡萄糖傳感器。該工作中,CNTs-Tb@mesoMOF復(fù)合材料作為基底將電子媒介體(MG)和GDH固載在電極表面構(gòu)筑成一個簡單的葡萄糖電化學(xué)生物傳感器,并且CNTs-Tb@mesoMOF復(fù)合材料對于MG和GDH顯示出極好的吸附能力。我們首先將CNTs-Tb@mesoMOF-MG復(fù)合材料固載在玻碳電極表面,接著將GDH固載在CNTs-Tb@mesoMOF-MG復(fù)合材料上。因此,該新型生物傳感器對葡萄糖檢測具有一個寬的線性范圍(25μM~17 mM),低的檢出限(8μM)(R=0.998,n=10)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：江西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O657.1

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