本文關(guān)鍵詞：基于電子導線介導的葡萄糖氧化酶生物傳感器的研制

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【摘要】：糖尿病是世界范圍的公共健康問題,該病的病因是由于患者體內(nèi)代謝紊亂所導致的胰島素分泌障礙,引起高血糖癥,準確的測定血液中葡萄糖的含量是控制病情的重要手段。人體正常生理條件下的血糖濃度為80-120 mg/d L(4.4-6.6m M),糖尿病患者體內(nèi)的血糖濃度通常會過高或者是過低于正常生理血糖范圍。由糖尿病引發(fā)的并發(fā)癥很多,包括風險較高的心臟疾病,腎功能衰竭,或失明。因此,治療糖尿病的過程中,需要對血糖濃度進行定期的檢測,達到預(yù)防治療的目的�；谄咸烟茄趸傅碾娏魇矫鸽姌O,在進行簡單易用的血糖檢測中起著重要的作用,與此同時,在連續(xù)監(jiān)測血糖方面,該電極將扮演著同樣重要的角色。葡萄糖氧化酶是一個同型二聚體酶,該酶的氧化還原中心黃素腺嘌呤二核苷酸深埋于酶的內(nèi)部[1-4],使其無法與電極表面直接溝通,因此,電化學葡萄糖氧化酶生物傳感器的發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)是選取適當?shù)幕瘜W試劑充當電子介體,連接葡萄糖氧化酶的活性中心與電極表面,將反應(yīng)后產(chǎn)生的電子直接傳遞至電極表面。到目前為止,已經(jīng)報道的關(guān)于葡萄糖氧化酶的直接電子傳遞主要是利用特定的物質(zhì)充當電子導線如金納米顆粒[5,6],碳納米管[7-9],石墨烯[10-13]和聚合物薄膜[14]等,以及特定的化學試劑充當電子導線[15],實現(xiàn)酶活性中心與電極表面的直接電子傳遞。但是采用上述方法制備的葡萄糖氧化酶生物傳感器依然存在很多缺陷,比如修飾至電極表面的葡萄糖氧化酶在檢測的過程中容易缺失,容易受到外界物質(zhì)的干擾,制備好的酶電極不易貯存,同一支電極在重復(fù)檢測方面誤差較大。基于上述缺點本實驗的目的在于選擇合適高效的試劑或者是材料來制備葡萄糖氧化酶生物傳感器,研究了酶傳感器的響應(yīng)靈敏度,線性范圍等,并且比較了不同方法制備的葡萄糖氧化酶電極的性能。主要研究內(nèi)容如下:(1)利用N,N-二甲基甲酰胺分散多壁碳納米管,將分散后的多壁碳納米管溶液滴加在玻碳電極表面,干透后形成納米復(fù)合薄膜,以該復(fù)合物薄膜作為玻碳電極的修飾材料來固定葡萄糖氧化酶。多壁碳納米管特殊的結(jié)構(gòu)性質(zhì)不僅保持了葡萄糖氧化酶的活性而且促進了酶與電極表面的直接電子傳遞。用戊二醛為交聯(lián)劑,2,5-二羥基苯甲醛作為分子導線在修飾了多壁碳納米管的玻碳電極表面上固定葡萄糖氧化酶,制備成了完整的葡萄糖氧化酶傳感器。制備好的酶電極在檢測葡萄糖方面性能較好,其線性范圍在0.1~1.2mmol·L-1,信噪比S/N=3時,檢出限為0.2mmol/L,靈敏度高而且重現(xiàn)性好。(2)成功構(gòu)建了一種基于3-氨丙基三乙氧基硅烷充當電子介體,戊二醛作為交聯(lián)劑固定葡萄糖氧化酶制備的酶電極。3-氨丙基三乙氧基硅烷通常被用做表面修飾劑或者是分散劑參與反應(yīng),在反應(yīng)過程中,戊二醛與葡萄糖氧化酶以共價結(jié)合的方式形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),起到了固定葡萄糖氧化酶的作用。同時,3-氨丙基三乙氧基硅烷分子表面的氨基與戊二醛發(fā)生席夫堿反應(yīng),一方面能夠緩解由于戊二醛濃度過高造成的酶結(jié)構(gòu)改變,另一方面3-氨丙基三乙氧基硅烷充當著電子介體的作用,連接電極表面和酶分子的活性中心,反應(yīng)后產(chǎn)生的電子通過3-氨丙基三乙氧基硅烷轉(zhuǎn)移至電極表面,實現(xiàn)了直接電子傳遞。結(jié)果表明玻碳電極上修飾的3-氨丙基三乙氧基硅烷?戊二醛?葡萄糖氧化酶混合液能很好的保持葡萄糖氧化酶的活性,并顯著促進了其電化學行為。通過時間電流計時法,在0.01mol/L的磷酸緩沖液中,檢測到該酶電極催化電流與葡萄糖濃度在1.0~13.0 mmol·L-1范圍內(nèi)呈線性關(guān)系,線性回歸方程為:y=-0.00343 x+0.05061,相關(guān)系數(shù)為0.99914,信噪比S/N=3時,檢出限為0.2mmol/L。由此可見,該電極具有較低的檢出限,理論上已經(jīng)達到檢測正常生理水平下血糖濃度的標準。
【關(guān)鍵詞】：直接電子傳遞 葡萄糖氧化酶 碳納米管 3-氨丙基三乙氧基硅Nafion
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R587.1;TP212.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-25
• 1.1 生物傳感器11-16
• 1.1.1 生物傳感器的工作原理和分類11-12
• 1.1.2 酶生物傳感器12-16
• 1.2 葡萄糖氧化酶生物傳感器16-23
• 1.2.1 葡萄糖氧化酶16-17
• 1.2.2 葡萄糖氧化酶生物傳感器17-20
• 1.2.3 納米材料在葡萄糖氧化酶生物傳感器的應(yīng)用20-23
• 1.2.4 3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）在葡萄糖氧化酶生物傳感器的應(yīng)用23
• 1.3 本課題的研究目的意義及主要內(nèi)容23-25
• 1.3.1 研究的目的意義23-24
• 1.3.2 研究主要內(nèi)容24-25
• 第2章 基于多壁碳納米管修飾的葡萄糖氧化酶傳感器25-38
• 2.1 引言25
• 2.2 實驗部分25-29
• 2.2.1 主要儀器與試劑25-27
• 2.2.2 制備酶電極27-28
• 2.2.3 電化學測試方法28-29
• 2.3 結(jié)果與討論29-37
• 2.3.1 葡萄糖氧化酶生物傳感器性質(zhì)研究29-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第3章 基于APTES修飾的葡萄糖氧化酶傳感器38-56
• 3.1 前言38-39
• 3.2 實驗部分39-42
• 3.2.1 主要儀器與試劑39-40
• 3.2.2 酶電極的制備40-41
• 3.2.3 電化學測試方法41-42
• 3.3 結(jié)果與討論42-55
• 3.3.1 修飾電極條件優(yōu)化42-45
• 3.3.2 葡萄糖氧化酶生物傳感器性質(zhì)研究45-55
• 3.4 本章小結(jié)55-56
• 第4章 結(jié)論56-59
• 參考文獻59-64
• 致謝64-65

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