多功能光纤生物传感材料的制备与应用

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传感材料的性能决定了传感器的性能。本文使用溶胶—凝胶技术制备一种新型的同时具有酶催化性能和光敏感性能的多功能光纤生物传感材料。确定了最佳的固定化方法和制备工艺,研究了影响因素。利用紫外分光光度计和锁相放大技术对传感材料进行检测,研究了多功能光纤生物传感材料的固定化效果。通过使用多功能生物传感材料制备传感器探头,实现了对不同浓度的葡萄糖溶液的检测。并探讨固定化方法、工艺与基于多功能传感材料的光纤葡萄糖生物传感器的传感性能的关系,以显著提高光纤葡萄糖传感器的检测精度和稳定性、缩短响应时间、简化工艺流程等。主要内容如下:(1)以正硅酸乙酯为主要原料,甲酰胺为控制干燥剂,采用密闭老化成膜法,研制了包埋钌化合物荧光指示剂(Ru(bpy)3Cl2)和葡萄糖氧化酶(GOD)的溶胶—凝胶多功能光纤生物传感材料。研究了溶胶—凝胶过程前驱体参数配比、干燥速率、基片等对凝胶成膜性的影响。(2)考察了甲酰胺的添加对凝胶成膜性、凝胶结构及凝胶敏感膜性能的影响,确定了制备凝胶传感材料的甲酰胺最佳加入量。实验结果显示:甲酰胺的最佳加入量为3%。(3)研究了游离酶及多功能光纤生物传感材料的催化曲线、最适催化温度、最适使用pH值、贮存稳定性和操作稳定性及指示剂包埋稳定性。实验表明:游离酶最适使用pH值为5.5,最适使用温度为35℃;多功能光纤生物传感材料则分别为6.8、40℃;多功能光纤生物传感材料的贮存稳定性和操作稳定性要好于游离酶。(4)研究了不同荧光指示剂(Ru(bpy)3Cl2)浓度和不同pH值条件下对溶胶—凝胶多功能传感材料的影响。实验结果表明:荧光指示剂(Ru(bpy)3Cl2)在溶胶液中的最佳浓度为1 mg/mL,pH最佳条件为7.0。(5)将多功能传感材料组装到光纤葡萄糖传感器上,实现了对葡萄糖溶液浓度的检测。研究了该传感器的传感特征、响应时间、检测范围、传感器的稳定性和重复性等相关性能参数。实验结果表明:该传感材料对葡萄糖浓度具有较好的线性关系,线性检测范围为100-700 mg/dL,响应时间小于30 s,长期稳定性较好。
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