導電納米材料在過氧化氫傳感器中的應用.pdf

1、自從1967年Updik和Hicks研制出第一支以鉑電極為基體的葡萄糖氧化酶生物傳感器以來，酶生物傳感器由于其方法簡單、靈敏度高、選擇性好等特點而越來越受到了人們的廣泛關注并取得迅猛的發展。目前，酶生物傳感器已用于多種成分的測定。由于H2O2是很多工業過程的原料或中間產物，同時也是生物體內許多氧化酶反應的副產物，因而對其含量的測定在食品、工業、臨床、藥物和環境分析中具有十分重要的意義并已成為當前研究的熱點之一。由于辣根過氧化物酶(HRP

2、)和血紅蛋白(Hb)對H2O2具有高選擇性，因此，研制HRP和Hb生物傳感器用于H2O2含量的測定是目前最為熱門的研究課題。然而，由于酶分子難于固定到電極表面，酶本身易失活且酶分子量大，酶的活性中心深埋在多肽結構內部，很難發生直接電子傳遞，因此如何有效的利用生物分子固定技術及固定材料來保持酶的活性、提高酶的固載量以及加速電子傳遞速率或直接研制新型的無酶型傳感器是制備性能優良的H2O2傳感器的關鍵問題和當務之急?；诖?，本文主要研究工作如

3、下： 1．以共價法固定硫堇為媒介體的過氧化氫生物傳感器的研究 近年來的研究表明，電子媒介體以及納米金屬材料的引入能顯著加速電子傳輸速率、增大生物分子的固載量以及提高傳感器的靈敏度。因此，從引入并增強電子媒介體的穩定性以及增加納米金的固定量，進而提高傳感器的性能方面考慮，并結合電沉積和吸附法的優點，研制了一種新型的過氧化氫傳感器。首先電聚合一層2，6—吡啶二甲酸，使電極表面帶上豐富的羧基，從而為電子媒介體(硫堇)以共價交聯

4、法有效的固定到電極表面提供了活化基底。其次，采用被稱為“零長交聯劑”的活化劑(EDC和INHS)使聚2，6—吡啶二甲酸的羧基與硫堇的氨基發生酰胺反應，從而使硫蓖固定到電極表面。再在制得的硫堇電極表面直接電沉積HAuCl4，使電極表面形成一層納米金粒子。最后將此電極吸附辣根過氧化物酶制得H2O2生物傳感器。實驗表明，該生物傳感器對H2O2響應的線性范圍為9.1μmol/L～5.0mmol/L，檢測限為2.6μmol/L(S/N=3)，米氏

5、常數為3.15mmol/L，表明所固定的酶具有較高的生物活性。 2．基于DNA—Ag納米復合物和PDDA保護的Au納米顆粒為載體的過氧化氫傳感器的研究 到目前為止，許多材料已經被用來固定酶分子，如：量子點，聚合物，介孔材料和納米材料等。而在這些材料中，納米材料，尤其是功能化的納米復合材料由于其獨特的物理、化學性質而被廣泛的應用在生物傳感器的研制中。然而，有些納米復合材料的導電性并不是很好，從而在一定程度上降低了傳感器的靈

6、敏度和準確度。因此，它們在傳感器的應用上受到了很大的限制。我們利用DNA—Ag納米復合物和PDDA保護的Au納米顆粒共固定HRP，從而構建出一種新型的過氧化氫生物傳感器。首先將DNA—Ag+電化學還原為帶負電的DNA—Ag。然后通過靜電作用力吸附帶正電的PDDA保護的Au納米顆粒，并再次利用同樣方法將DNA—Ag修飾到電極上。最后再利用DNA—Ag吸附帶正電的辣根過氧化物酶制得過氧化氫生物傳感器。由于該法結合了無機導電金屬材料(Au，A

7、g)和有機聚合物(PDDA，DNA)的優越性能，因此該生物傳感器對H2O2表現出較好的電催化活性。還原電流與H2O2濃度在7.0μmol/L到7.8 mmol/L范圍內呈現良好的線性關系，檢測下限為2.0μmol/L(S/N=3)，米氏常數為1.3mmol/L。此外，該傳感器還具有較高的靈敏度和可接受的穩定性。 3．基于普魯士藍納米棒與金納米鏈共修飾的電化學傳感器的研究 由于酶分子的一些缺陷導致酶傳感器存在較差的穩定性和

8、重現性以及具有較低的靈敏度。為了盡可能的減小或消除這些缺陷，利用化學修飾電極(即無酶修飾電極)來實現對過氧化氫的直接電催化受到了研究者們的廣泛關注。這也將成為未來檢測過氧化氫的一種趨勢。我們選用碳納米管為模板合成普魯士藍納米棒(PB@MWCNTs)作為“人工過氧化物酶”。然后再用殼聚糖將這種“人工過氧化物酶”(PB@MWCNTs)固定到金電極上，從而構建出新型的無酶型過氧化氫傳感器。由于殼聚糖的導電性較差，我們將比表面積大、生物相容性好