论文部分内容阅读
现代病理学和医学研究表明,对于糖尿病患者来说,肾、视网膜和神经并发症的风险与慢性血糖升高直接相关[1][2]。因此,开发快速可靠的血糖浓度或血糖水平检测方法对临床诊断和治疗糖尿病及并发症,具有相当重要的意义[3]。Clark和Lyons在1962年报道了第一个酶电化学葡萄糖生物传感器[4]。尽管这种传感器已经表现出优于传统葡萄糖检测方法的高灵敏度和高选择性,但仍然存在很多问题,包括酶的引入使成本增加,固定化酶的过程比较复杂,以及酶的活性被损耗等。这些问题归因于葡萄糖氧化酶（GOx）与修饰电极直接接触会明显降低酶的活性,同时酶的氧化还原中心活性中心在大分子空间结构内部,很难得以暴露与电极表面直接接收或传递电子信号。因此,如何开发高导电、高生物相容性和高负载酶量的载体材料用以克服酶和电极间的电子传递难题,在酶电化学葡萄糖生物传感器的研发过程中具有重要意义。本文结合以往报道的文献理论,结合一段时间的探究实验,制备了三种能够用于固定化葡萄糖氧化酶（GOx）的纳米载体材料,并将GOx成功固定在这三种载体材料上构建GOx/纳米材料复合电极,然后使用电化学工作站CHI660E和各种测试方法（包括循环伏安法和计时电流法）考察这三种电极作为酶葡萄糖传感器的各项性能。主要工作如下:1、采用水热法在钛网（TM）上制备CoP纳米线阵列（CoP NA/TM）,使用Nafion将GOx固定在CoP NA/TM电极表面得到GOx/CoP NA/TM电极,获得的样品通过XRD,SEM,TEM,XPS等测试方法表征,然后通过电化学工作站对两种电极的电化学性能进行检测。CoP NA/TM和Nafion/GOx/CoP NA/TM电极的电催化性能基本使用循环伏安法（CV）与计时电流法（i-t）进行测试。实验结果表示,CoP NA/TM电极本身能够对碱性电解液中的葡萄糖表现很高的催化氧化性能,作为葡萄糖传感器时,CoP NA/TM电极的线性检测范围为0.0005–1.5 mM,灵敏度为5168.6 mA mM-1 cm-2,最低检出限为0.1μM（S/N=3）,稳定性与重现性都满足要求。CoP NA/TM电极与其他已报道的Co基纳米材料相比,具有显著的催化氧化葡萄糖的优势。在CoP NA/TM电极的基础上固定化GOx得到Nafion/GOx/CoP NA/TM电极,测试时以PBS溶液作为电解质,由于酶的局限性,催化氧化葡萄糖时CV曲线电流响应较弱,线性检测范围为0.17 mM,最低检出限为0.6μM（S/N=3）,米氏常数Km=0.28 mmol/L,但也由于酶的专一性,在进行干扰物测试时表现出极高的选择性。2、通过一步合成法制备N,S-C混合粉末,然后使用壳聚糖将GOx与N,S-C粉末修饰于GC电极表面得到CS/GOx/N,S-C/GC电极,获得的样品通过扫描电子显微镜,傅里叶红外仪等测试方法进行表征。CS/GOx/N,S-C/GC电极电化学催化葡萄糖氧化的潜能在三电极体系中进行,以Ag/AgCl为参比电极,铂丝为对电极,0.1 M PBS（pH=7.4）溶液为电解质,依然以CV法和i-t法为测试电化学性能的主要方法。实验结果表示,在中性PBS电解液中,CS/GOx/N,S-C/GC电极能够对特异性识别葡萄糖并表现很高的催化氧化性能。作为葡萄糖传感器时,CS/GOx/N,S-C/GC电极的线性检测范围为0.110 mM,最低检出限为1.4μM（S/N=3）,米氏常数Km=0.41 mmol/L,且在干扰物测试时表现出非常好的选择性。3、采用水热合成的方法,在多壁碳纳米管表面聚合苯胺,得到PANI/CNTs粉末。然后使用Nafion作为成膜粘合剂将GOx与PANI/CNTs修饰于GC电极表面,得到Nafion/GOx/PANI/CNTs/GC电极,并探究了该酶电极催化葡萄糖氧化的性能。制备的样品通过扫描电子显微镜进行表征。Nafion/GOx/PANI/CNTs/GC电极催化葡萄糖氧化的潜能在三电极体系中进行测试,以Ag/AgCl为参比电极,铂丝为对电极,0.1 M PBS（pH=7.4）溶液为电解质,依然以循环伏安法（CV）和计时电流法（i-t）作为测试电化学性能的主要方法。实验结果表示,在中性PBS电解液中,Nafion/GOx/PANI/CNTs/GC能够特异性识别葡萄糖并表现很高的催化氧化性能。作为葡萄糖传感器时,Nafion/GOx/PANI/CNTs/GC电极的线性检测范围为0.15 mM,最低检出限为0.9μM（S/N=3）,米氏常数Km=0.31 mmol/L,稳定性与重现性都在目标要求内,且选择性表现非常好。