新型納米材料在酶生物傳感器中的研究及應(yīng)用.pdf

1、自1962年Clark和Lyons首先報(bào)道了基于生物傳感技術(shù)的電化學(xué)葡萄糖生物傳感器。發(fā)展至今，生物傳感技術(shù)已成為一項(xiàng)前沿技術(shù)，它成為一個(gè)由生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、電子技術(shù)等多種學(xué)科相互滲透的研究領(lǐng)域。生物傳感器因其具有選擇性高、分析速度快、操作簡(jiǎn)易等特點(diǎn)，而且可進(jìn)行在線活體分析，在臨床診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品工業(yè)等方面得到了高度重視和廣泛應(yīng)用。 隨著納米技術(shù)的發(fā)展，將納米技術(shù)引入生物傳感器，不僅表現(xiàn)出納米材料的優(yōu)勢(shì)，更為生物傳感器

2、的發(fā)展開辟了廣闊的前景。本論文主要工作是新型納米材料在酶生物傳感器中的研究及其應(yīng)用。納米材料的引入，有效的提高了生物傳感器的靈敏度和檢測(cè)限，克服了傳統(tǒng)生物傳感器的不足，論文對(duì)可能的機(jī)理進(jìn)行了討論。另外，將納米材料應(yīng)用于生物傳感器中，并與其他技術(shù)(微滲析、流動(dòng)注射)聯(lián)用，有效的實(shí)現(xiàn)了對(duì)葡萄糖，次黃嘌呤，有機(jī)磷農(nóng)藥的測(cè)定。本論文努力實(shí)現(xiàn)納米技術(shù)、生物傳感技術(shù)和生物科學(xué)技術(shù)的三者有機(jī)結(jié)合，具體內(nèi)容如下： 第一部分緒論 首先介紹

3、了生物傳感器的原理及其發(fā)展和應(yīng)用，其次介紹了納米技術(shù)在生物傳感器中的應(yīng)用及新型納米生物傳感器與微滲析技術(shù)，流動(dòng)注射技術(shù)聯(lián)用在生物、化學(xué)和藥理研究中的優(yōu)點(diǎn)。納米技術(shù)引入生物傳感器后，不但體現(xiàn)了自身的優(yōu)越性，還明顯的提高了生物傳感器的靈敏度，檢測(cè)時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)檢測(cè)。納米生物傳感器作為一個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)將被廣泛用于化學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物和環(huán)境等領(lǐng)域的快速檢測(cè)。最后簡(jiǎn)述了本論文的工作和意義。 第二部分金屬鐵卟啉納米粒子修飾的生物傳感器及其用于鼠

4、腦中葡萄糖測(cè)定的研究本章利用金屬卟啉的化學(xué)穩(wěn)定性，及其在電極上很好的可逆性和電催化活性，制備了金屬鐵卟啉納米粒子并將其成功地應(yīng)用于葡萄糖生物傳感器的研制，得到了以金屬鐵卟啉納米顆粒為電子媒介體的葡萄糖生物傳感器?？疾炝嗽搨鞲衅髟趦?yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)葡萄糖的響應(yīng)特性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該傳感器在pH為6.9的磷酸緩沖溶液(PBS)條件下對(duì)葡萄糖的線性檢測(cè)范圍為1.0×10<'-5>～2.1×10<'-3>mol·L<'-1>，檢測(cè)下限為5.0×1

5、0<'-6>mol·L<'-1>。研究表明，該傳感器選擇性好，靈敏度高，壽命長(zhǎng)，且制作簡(jiǎn)單使用方便；可有效地排除了抗壞血酸、尿酸、L-半胱胺酸、谷氨酸的干擾；與微滲析技術(shù)聯(lián)用，能成功地測(cè)定S．D．大鼠大腦中葡萄糖的含量，為生理以及臨床醫(yī)學(xué)的研究提供了新的檢測(cè)手段。 第三部分金屬鐵卟啉納米粒子修飾的次黃嘌呤生物傳感器研究嘌呤堿是一類重要的生物活性物質(zhì)，次黃嘌呤(Hypoxanthine，HX)是一磷酸腺苷(AMP)的分解代謝產(chǎn)物。

6、低氧時(shí)，AMP加速分解，HX堆積在組織和血液中，因此測(cè)定血液中的HX水平與腦缺氧、腦損傷程度的分析密切相關(guān)，對(duì)指導(dǎo)臨床，判斷疾病具有極為重要的意義。本章制備了新型金屬鐵卟啉的納米粒子，將此納米顆粒、黃嘌呤氧化酶依次修飾于光玻碳電極表面，得到了以金屬鐵卟啉納米顆粒為電子媒介體黃嘌呤氧化酶生物傳感器?？疾炝嗽搨鞲衅髟趦?yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)次黃嘌呤的響應(yīng)特性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該傳感器在pH為6．9的磷酸緩沖溶液(PBS 6.9)條件下對(duì)次黃嘌呤的線性

7、檢測(cè)范圍為2.0×10<'-6>～3.4×10<'-4>mol·L<'-1>，檢測(cè)下限為1.0×10<'-6>mol·L<'-1>，并能有效的消除了抗壞血酸(AA)、尿酸(UA)、L-半胱胺酸(L-cys)對(duì)電極的干擾。該傳感器克服了傳統(tǒng)傳感器中介體易流失的缺點(diǎn)，延長(zhǎng)了使用壽命，并提高了檢測(cè)的靈敏度、穩(wěn)定性和抗干擾性。與微滲析技術(shù)聯(lián)用，能成功地測(cè)定S．D．大鼠大腦中次黃嘌呤的含量，為生理以及臨床醫(yī)學(xué)的研究提供了新的檢測(cè)手段。 第

8、四部分金屬錳卟啉納米粒子修飾電極與流動(dòng)注射法聯(lián)用應(yīng)用于抑制型有機(jī)磷農(nóng)藥生物傳感器的研究有機(jī)磷農(nóng)藥是一種高效、廣譜的農(nóng)用殺蟲劑，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。有機(jī)磷農(nóng)藥的過量或不當(dāng)使用會(huì)引起的各種環(huán)境問題。因此，農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)的研究對(duì)保證綠色農(nóng)業(yè)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。本文制備了金屬錳卟啉(MnTPP)納米粒子，將此納米粒子應(yīng)用于乙酰膽堿酯酶(AChE)傳感器中，制成新型MnTPP納米粒子修飾AChE生物傳感器。考察了該傳感器在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)硫代

9、乙酰膽堿(ATChI)的響應(yīng)特性，并與流動(dòng)注射法聯(lián)用，成功應(yīng)用于有機(jī)磷農(nóng)藥含量的測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該生物傳感器在pH為7.3的磷酸緩沖溶液(PBS)條件下對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥敵百蟲的線性檢測(cè)范圍為1.0×10<'-9>～1.0×10<'-3>mol·L<'-1>，檢測(cè)下限為5.0×10<'-10>mol·L<'-1>。該傳感器靈敏度高，穩(wěn)定性好，可快速、靈敏、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便的應(yīng)用于有機(jī)磷農(nóng)藥的含量的檢測(cè)。 第五部分 PVP-CdS量子點(diǎn)修

10、飾的酶生物傳感器及其應(yīng)用于有機(jī)磷農(nóng)藥檢測(cè)的研究量子點(diǎn)(quantum dots，QDs)是半徑小于或接近于激光波爾半徑的半導(dǎo)體納米晶粒。作為準(zhǔn)零維納米材料有著特殊的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。本章制備了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修飾的硫化鎘(cdS)量子點(diǎn)(PVP-CdS)，將其修飾在玻碳電極上，制成安培型乙酰膽堿酯酶(AChE)生物傳感器。并將此生物傳感器成功地應(yīng)用于有機(jī)磷農(nóng)藥敵百蟲的檢測(cè)。PVP-CdS量子點(diǎn)也具有較好的穩(wěn)定性和生物兼容性，能最大