植酸金属络合物的制备及其在电化学传感器中的应用研究

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近年来,电化学生物传感器已逐渐成为分子生物学和生物技术研究重要领域,它对遗传工程和临床医学的研究具有重要意义。在电化学生物传感器的构建中,其关键技术之一就是生物酶的固定化,而大量的报道已经证明载体材料的结构和性质在很大程度上影响着固定化酶的各种性能,因此自固定化酶兴起以来,许多研究者就一直致力于载体材料的研究中。纳米技术在生物传感器的发展过程中起着越来越重要的作用。纳米材料具有比表面积大、表面活性中心多、吸附能力强等优点,因此将其引入生物传感器中,能增强酶在载体表面上的固定化作用,增加酶的吸附量和稳定性,有效地提高生物传感器的灵敏度和各项性能。因此,发展更多的能保持酶生物活性的纳米材料,构建简单方便、性能优良的电化学生物传感器具有重要意义。本论文利用自身合成的纳米材料,结合纳米技术和有效的酶固定化方法,发展了以下三种过氧化氢型电化学传感器。(1)本章节利用制备的植酸锆纳米材料固定辣根过氧化物酶(HRP)构建了一种简单的生物传感器。利用植酸盐中磷酸键与金属离子的强络合能力,通过直接沉淀法合成了一种多孔植酸锆纳米材料。将其和HRP通过滴涂法成功固定到玻碳电极表面。紫外-可见吸收光谱结合电化学结果表明,植酸锆纳米粒子具有良好的生物亲和性,吸附在其上的HRP保持了良好的生物活性,实现了与电极间的直接电子转移。而且,进一步研究证明该生物传感器对H2O2具有良好的电催化还原作用,对H2O2检测的电流响应范围是6.67×10-7到6×10-6 molL-1,检测限是5.3×10-7 molL-1(信噪比S/N)= 3,计算得到米氏常数为1.38 mmolL-1。该方法制备的传感器稳定性和重现性良好。(2)利用相反电荷离子间的静电作用,结合自组装技术制得了植酸锆/普鲁士蓝纳米复合膜。植酸锆层是通过先组装ZrOCl2水溶液中的锆离子,然后与植酸钠中磷酸基团反应得到;而普鲁士蓝层是将电极分别在FeCl3和K4[Fe(CN)6]溶液中组装制得。电化学实验结果表明,植酸锆/普鲁士蓝纳米复合膜修饰的电极与单纯PB膜修饰的电极相比,电化学性能更好。而且,其对过氧化氢有良好的电催化还原作用,对H2O2检测的电流响应线性范围是2.0×10-5到1.76×10-3 mol L-1,该方法制备的电化学传感器可以用来检测过氧化氢。(3)利用植酸盐分子中磷酸基团与部分金属离子的强络合能力,通过微波合成法合成了多孔植酸钛纳米材料,并运用这种材料结合混合滴涂的方法将HRP成功修饰到固定到玻碳电极表面。运用紫外-可见光谱和电化学实验结果证明了这种材料具有良好的生物相容性,有利于防止酶在固定化过程中生物活性的损害。此法制备的生物传感器实现了HRP和玻碳电极之间的直接电子转移,且对过氧化氢呈现出良好的催化还原作用,对H2O2检测的响应电流线性范围是6.67×10-7到4.73×10-5 molL-1,线性相关系数R = 0.9988 (n= 20),检测限为4.0×10-7 molL-1(S/N = 3),米氏常数为0.036 mmolL-1。所制得的生物传感器呈现出良好的重现性和稳定性。
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