纳米材料修饰ITO电极电化学生物传感器的制备及应用

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本论文的研究工作中采用了已广泛应用于工业中且可以大批量生产的ITO电极作为工作电极,利用其良好的导电性能和光透性,引入金溶胶和纳米复合材料等修饰电极,改进酶的固定化技术,提高固定化酶的催化效率,进一步构建新型电化学生物传感器。主要研究工作如下:1、研制了一种可以快速分析H2O2的新型无试剂生物传感器。该方法是将辣根过氧化物酶(HRP)和电化学底物四甲基联苯胺(TMB)共吸附于金胶壳聚糖仿生膜(Au-Ch)修饰的掺铟氧化锡(ITO)电极表面,利用固定化的TMB作为电子媒介体来检测溶液中H2O2的浓度。在扫速小于60mV/s时,扫速与电流响应成一次方关系,线性相关系数为0.999,该电极表现为一个表面控制电极过程。制备的生物传感器分别采用扫描电镜、分光光度法和电化学方法进行了表征。对一系列影响生物传感器性能的因素如固定的HRP和TMB的浓度,缓冲液的pH值和反应温度都进行了优化选择。在最佳实验条件下,H2O2的检测线性范围为0.10-1.15mM,其线性相关系数为0.998(n=10),信噪比为3时,检测限为1μM。通过流动注射技术对生物传感器的稳定性进行了验证。结果表明,随着连续17次相同浓度的H2O2的测定,生物传感器的安培电流响应并没有明显的减少。该传感器的制备为以工业化批量生产的ITO电极为基体电极来构建成本低廉的生物传感器提供了有利的平台。2、研制了一种新型安培免疫传感器,用于测定人血清中前列腺特异性抗原(PSA)的含量。该方法是将辣根过氧化物酶标记PSA抗体(Anti-PSA)和TMB共同固定于Au-Ch修饰的ITO电极表面。扫速小于45mV/s时表现为表面控制过程,扫速大于45mV/s时表现为扩散控制过程。将固定有Anti-PSA和TMB的免疫传感器与待测PSA抗原一起培育,通过H2O2-HRP-TMB电化学体系来测定免疫传感器上形成的免疫复合物。在最佳优化条件下,PSA的线性检测范围为5.0-30ng/mL,检测限为1.0ng/mL。3、研制了一种快速分析H2O2的新型无试剂生物传感器。该方法是将HRP和TMB共固定于金纳米粒子与巯基(-SH)在ITO电极表面形成的AuS自组装层上。利用固定化的TMB作为电子转移媒介体来检测溶液中H2O2的浓度。在扫速小于50mV/s时,扫速与电流响应成一次放关系,线性相关系数为0.998,该电极表现为一个表面控制过程。制备的生物传感器通过光学法和电化学方法进行了表征。对下列影响生物传感器性能的因素如固定的HRP和TMB的浓度,缓冲液的pH值和反应温度都进行了优化选择。在最佳实验条件下,H2O2的检测线性范围为0.005-1.5mM,其线性相关系数为0.998(n=14),信噪比为3时,检测限为1μM。通过流动注射技术对生物传感器的稳定性进行了验证。结果表明,随着连续15次相同浓度的H2O2的测定,该生物传感器的安培电流响应并没有明显减少。4、本文研制了一种可以快速测定葡萄糖含量的新型电化学双酶生物传感器。即将HRP和葡萄糖氧化酶(GOx)同时固定在银碳纳米管/壳聚糖复合膜(Ag-CNT-Ch)修饰的ITO电极上。固定的GOx催化葡萄糖生成葡萄糖酸和H2O2,生成的H2O2在HRP催化下与邻苯二胺(OPD)发生反应生成电活性氧化产物2,3-二氨基吩嗪。随着葡萄糖浓度的增加,H2O2-HRP-OPD体系生成的2,3-二氨基吩嗪的量也增加,因而得到的安培电流响应信号也呈增大趋势。该生物传感器通过电化学方法进行了表征。影响生物传感器性能因素如固定的HRP和GOx的浓度,缓冲液的pH值和OPD的浓度都进行了条件优化选择。在最佳实验条件下,对葡萄糖的检测线性范围为0.5-30μM,其线性相关系数为0.997(n=7),信噪比为3时,检测限为0.1μM。采用加标回收法测定了尿液中尿糖的含量,回收率为99.7%。该传感器的制备为以后在临床应用中诊断糖尿病提供了一个有利的平台。
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