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湖南大学
硕士学位论文
基于纳米材料的无酶生物传感器研究
姓名:邢亮
申请学位级别:硕士
专业:分析化学
指导教师:魏万之
20100501
摘要纳米科技将引发人类认知和工业的革命。其中,纳米技术在生物传感器上的应用引起了全世界科学家研究的浓厚兴趣。生物传感技术是一个由生物、化学、物理、电子技术等多种学科相互渗透形成的研究领域。生物传感器具有选择性高、分析速度快、操作简易和仪器价格低廉等特点,而且可进行在线甚至活体分析,在临床诊断、环境监测、食品工业等方面得到了高度重视和广泛应用。纳米材料的应用将进一步提高生物传感器的性能,特别是对无酶生物传感器的构建将产生积极和深远的影响,具有广阔的发展前景。本论文利用纳米材料构建和发展了无酶生物传感器,并应用于狣葡萄糖、和的检测。具体研究工作如下:甆对葡萄糖有很好的催化氧化功能,能直接氧化葡萄糖为葡萄糖酸内酯。本文采用电沉积的方法在金电极的表面修饰一薄层纳米颗粒,研究发现这种纳米级的镍颗粒比常规镍材料具有更为明显的电催化活性。在疞的溶液中,以魑Sτ玫缥唬獾闷咸烟桥ǘ仍//;响应时间为。传感器制备简单,无需特殊保管,可重复使用。⑹:蕴杌匚5缁秸攵蕴寄米管/离子液体/石墨复合物电极的电化学行为进行了研究,并与离子液体碳糊电极进行了比较。结果表明由于哂泻芨叩绱呋钚裕杷缘腎有很强的电子传导性能和协同催化作用,使碳纳米管/离子液体/石墨复合物电极对和具有更好的电流响应。缘章中构建的多壁碳纳米管修饰的碳离子液体电极—N酶葡萄糖传感器在碱性条件下测定葡萄糖浓度。研究表明通过在疞的卸缘缂ū砻娴慕徊交罨≡裨./腘С值缃庖褐校挠τ玫缥唬獾闷咸烟桥ǘ仍/段诔柿己的线性关系,/,响应灵敏度高达ǎ幌煊κ奔湫∮V叵中院臀榷ㄐ粤己茫钥够笛K和尿酸具有一定的抗干扰作用,因而具有实际应用于血糖中葡萄糖含量检测的可能。疞~/.
关键词:无酶生物传感器;电催化氧化;纳米颗粒;多壁碳纳米管;离子液体牡十纳水利科的尢哟生物衅餮芯
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第绪论类葡萄糖传感器的应用。同时,分子识别元件——酶的固定化技术始终是酶生物分析化学是人们获得物质组成和结构信息的科学,这些信息对于生命、食品、医药、环境、材料和能源等科学领域来说是必不可少的。化学生物传感技术是分析化学的一个重要组成部分【且焕嗄苎≡裥缘慕ǚ治龆韵蟮幕畔⒘变为分析仪器易测量的物理信号的装置。葡萄糖的测定被广泛应用于生物学、环境科学、临床医学和食品科学分析中。目前,紫外和荧光等光学检测法被广泛使用于葡萄糖的测定,然而由于葡萄糖的紫外可见光吸收峰很弱,测定灵敏度达不到要求;而荧光法测定葡萄糖的时候需要进行衍生,在葡萄糖分予上接上荧光基团,操作过于复杂,因此有必要研究更简单更灵敏的测定方法。葡萄糖传感器作为化学生物传感技术的一个分支成为了世界上重点开发的产品之一。最常用的葡萄糖检测方法是酶分析法,具有专一性高、反应速度快的特点。利用葡萄糖氧化酶测定葡萄糖的酶催化分析法而研制的酶传感器是开展的最早也是最成功的生物化学传感器。从年美国的取】提出三明治夹膜式葡萄糖传感器概念和年等【恐票赋鲆訮缂;第一支葡萄糖氧化酶生物传感器开始,它的发展已经历了余年。初期的葡萄糖传感器均利用样品中的氧作为电子中介物;为克服样品中杂质的干扰和改善电子传递效率,后改用二茂铁、四硫富瓦烯、苯醌、金属配合物等作为电子中介物:发展到如今的第三代葡萄糖氧化酶传感器是利用葡萄糖氧化酶的还原态直接在电极上氧化来间接测定葡萄糖含量。但无论怎样改进,葡萄糖传感器均依赖于葡萄糖氧化酶的催化作用。酶的一些弱点,如酶的活性随时间降低,温度、溶液值对活性的影响、使用费用高和酶催化氧化过程中受溶解在水中的氧气干扰等,限制了此传感器研究的~个极为重要的环节,酶的固定方法影响酶的活性和传感器的稳定性。目前酶的固定方法有:吸附法,包埋法,共价法,交联法。采取以上方法固定酶时可能会产生以下问题:潭ǖ降缂系拿傅氖坑邢蓿圃定到电极上酶的活性受到影响;潭傅奈镏什痪哂猩锵嗳菪裕姑父菀妆湫允Щ睢利用无酶固相催化修饰电极来测定葡萄糖【浚缂ǹ煞锤炊啻问褂茫觳馐间短、费用低逐渐成为研究的热点。对葡萄糖具有电催化活性并可用于葡萄糖测定的金属蚱浣鹗粞趸电极材料有铂、金、铱、铑、钉、铜、钴和镍【另外,碳纳米管魑R恢中滦吞疾牧希员环⑾忠岳矗捎谄涠