二茂鐵衍生物的電化學性質及在生物傳感中的應用.pdf

1、生物傳感器在臨床醫學、環境和食品工業等方面都有重要應用，并以其體積小、選擇性好、靈敏度高、檢測快速方便、成本低和容易實現實時在線活體檢測等優點，成為當前研究的熱點之一。生物傳感器以生物活性單元(如酶、抗體、核酸、細胞等)作為生物敏感基元，對目標物具有高度選擇性的檢測器。將生物活性單元制成敏感膜，同時又要保持生物活性單元的固有特性，是生物傳感器研究的關鍵問題。為了提高傳感器的靈敏度和穩定性，電子媒介體廣泛用于在生物活性單元與電極間傳遞電子

2、，通過檢測媒介體電流的變化實現底物的檢測。電子媒介體的引入，不僅降低了天然氧濃度的影響，提高了測定的靈敏度，還加速了電極反應，而且，采用氧化還原電位較低的電子介體，還可降低工作電位，減少干擾物的影響。二茂鐵及其衍生物是小分子電子媒介體，具有高度富電子的夾心結構，熱穩定性好，電化學活性和生理活性高，廣泛應用于高靈敏生物傳感器的構建。但該類傳感器也存在缺點，如介體會發生部分溶解或因擴散而離開電極表面導致介體流失，從而影響了傳感器的穩定性和使

3、用壽命。因此，如何將二茂鐵及其衍生物固定到基體電極表面，并保持其活性，是二茂鐵及其衍生物修飾電極研究和開發中的重要工作。本文在二茂鐵及其衍生物在電極表面的固定化，生物活性分子的固定方法以及新型生物傳感界面的構建等方面進行了探索和研究。主要開展了以下幾方面工作： 1.采用簡單、可控的原位還原法，利用荷正電的PEI與羧基化的MWNTs之間的靜電吸引作用，將PEI吸附于MWNTs表面。利用PEI的還原特性，原位還原AuNPs，實現了A

4、uNPs在MWNTs表面的有效負載，合成了MWNTs/AuNPs納米復合材料。利用Au-S鍵實現了HS(CH2)6Fc在MWNTs/Au NPs納米復合物表面的有效組裝，構建了MWNTs/Au NPs/HS(CH2)6Fe復合納米材料生物傳感器。采用TEM、UV-vis、EDX、FTIR和電化學等實驗對傳感界面的構建過程進行了表征。結果表明，MWNTs/Au NPs/HS(CH2)6Fc復合納米材料的合成，不僅有效防止了HS(CH2)6

5、Fc的泄漏，還大大促進了電極表面電子的傳遞速率。將制備的生物傳感器應用于對AA的電化學催化性能研究，結果表明，MWNTs/AuNPs/HS(CH2)6Fc修飾電極對AA的氧化具有良好的電催化能力，而且響應快速(小于3 s)，靈敏度高，穩定性好，抗干擾能力強，在電分析化學和生物傳感研究領域中具有良好的發展潛力。 2.將合成的MWNTs/Au NPs表面氨基化，再與羧基二茂鐵(FMC)通過酰胺鍵生成MWNTs/Au NPs/FMC復

6、合材料；利用CS成膜性好的特點，將GOx和MWNTs/Au NPs/FMC復合材料固定于電極表面，構建無試劑葡萄糖生物傳感器。通過循環伏安和計時電流法對傳感器的電化學特性進行了研究。結果表明，CS為保持固定化生物分子的活性提供了生物相容微環境；復合膜中MWNTS、AuNPs和FMC的存在，極大地提高了膜的導電性和傳電子能力；該傳感器對葡萄糖檢測的線性范圍為0.01～2.5 mM，檢出限為3.6μM，米氏常數為1.21 mM。 3

7、.采用交聯法制備了殼聚糖-二茂鐵復合材料(CS-Fc)，再將該復合材料與Au NPs和葡萄糖氧化酶(GOx)混合，通過簡單、可控的一步電化學沉積法制備了CS-Fc/Au NPs/GOx復合薄膜生物傳感器?？疾炝薃u NPs、GOx含量、pH值以及電沉積時間等因素對沉積的復合膜性能的影響。采用掃描電鏡(SEM)和電化學阻抗(EIS)對傳感界面的構建過程進行表征。結果表明，二茂鐵與CS的交聯極大地改善二茂鐵的溶解性，有效防止了電子介體二茂鐵

8、的流失；傳感界面上Au NPs的引入，可作為酶的活性中心與電子介體二茂鐵之間電子傳遞的“導線”，加快電子的轉移速率；共沉積法得到的三維多孔結構復合薄膜具有良好的擴散傳質性能，促進了傳感器與檢測底物的接觸，提高了生物傳感器的電催化活性和響應靈敏度。 4.結合電沉積技術和自組裝技術，先在玻碳電極表面電化學沉積CS-Fc復合膜，利用CS中帶正電荷的氨基(-NH2)與AuNPs之間的吸附作用，將Au NPs固定到電極表面，再利用Au N

9、Ps對乙肝表面抗體(HBsAb)的強烈吸附，制備了CS-Fc/Au NPs/HBsAb免疫傳感器。采用CV和EIS法，對電極逐層修飾過程進行表征。結果表明，CS-Fc復合膜的形成，不僅有效抑制了電子介體的流失，而且，CS-Fc電化學沉積到電極表面形成的一層均勻生物相容性多孔結構薄膜，還有效增大了電極表面進一步負載Au NPs和HBsAb的比表面積。實驗還對緩沖液pH值、免疫反應孵育溫度、孵育時間等免疫測定參數進行了優化選擇。在優化的實驗