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酶基生物传感器作为最早商业化的传感器,已广泛应用于血糖、尿酸、乳酸等生理指标检测和有机磷、过氧化氢等环境指标检测。作为酶基生物传感器的重要组成部分,电极修饰材料是影响传感器性能的重要因素之一。常见的电极修饰材料主要包括金属和金属氧化物纳米材料、碳纳米材料、介质纳米材料和聚合物纳米材料等。其中,聚合物纳米材料可以通过结构设计集多种功能于一身,并可以与无机纳米材料进行复合,发挥协同作用,构筑高效酶基生物传感器。因此,本文通过聚合物结构的设计,使得聚合物同时具有促进电子传输、固定生物识别基元、提供生物相容性环境等多种功能,并基于大分子自组装和多组分共组装制备功能性聚合物纳米粒子及碳纳米管复合材料,用于构建丝网印刷碳电极(SPCE)酶基电化学生物传感器。具体研究内容分为以下几个部分:(1)选用甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)为生物亲和单体,乙烯基咔唑(VCz)为电活性单体,丙烯酸(AA)和苯乙烯(St)为亲疏水调节单体,通过自由基聚合合成了双亲无规共聚物Poly(St-co-AA-co-VCz-co-DMAEMA)(PSACD)。随后通过自组装的方法制备聚合物纳米粒子PSACD NPs。通过分步滴涂PSACD NPs分散液、辣根过氧化物酶(HRP)溶液、Nafion(NF)溶液,在丝网印刷碳电极(SPCE)上制备了酶基电化学生物传感器NF/HRP/PSACD NPs/SPCE,对生物传感器的形貌及性能进行了表征。结果表明:PSACD NPs修饰后的电极具有较大的比表面积,有利于HRP的固定。NF/HRP/PSACD NPs/SPCE生物传感器具有良好的传感性能,检测性能要明显优于不含咔唑基团的对照组传感器,这证明了咔唑基团的引入可以辅助电子转移,有利于传感性能的提高。(2)选用丙烯酰胺基苯硼酸(AAPBA)为生物亲和单体,9-(4-乙烯基苄基)-9H-咔唑(VBK)为电活性单体,甲基丙烯酸丁酯(BMA)为疏水调节单体,通过可逆加成-断裂链转移聚合法(RAFT)合成了双亲无规共聚物Poly(AAPBA-co-VBK-co-BMA)(PAKB)。并通过自组装的方法制备聚合物纳米粒子PAKB NPs,而后将PAKB NPs分散液和碳纳米管(CNTs)分散液混合,利用非共价π-π相互作用,制备0D/1D复合纳米组装体PAKB NPs@CNTs。最后将PAKB NPs@CNTs用于修饰SPCE,采用与第一部分相同的方法制备了酶基电化学生物传感器NF/HRP/PAKB NPs@CNTs/SPCE,对传感器的结构和性能进行了表征。结果表明:PAKB NPs@CNTs在电极表面形成纳米网络结构,较大的比表面积和PAKB NPs中对糖蛋白有强亲和性的苯硼酸基团,均利于HRP的固定。NF/HRP/PAKB NPs@CNTs/SPCE传感器的检测性能要明显优于不含PAKB NPs的对照组NF/HRP/CNTs/SPCE传感器,这可能是由于PAKB NPs中的咔唑基团不仅可以通过π-π相互作用拉近HRP和CNTs之间的距离,还可以通过形成“电子给体-电子受体”的方式辅助HRP和CNTs之间的电子转移。(3)选用丙烯酰胺基苯硼酸(AAPBA)为生物亲和单体,甲基丙烯酸糠酯(FMA)为二烯体单体,甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为亲水调节单体,合成了双亲无规共聚物Poly(AAPBA-co-FMA-co-HEMA)(PAFH)。然后以PAFH为二烯体,碳纳米管(CNTs)为亲二烯体,通过Diels-Alder反应,制备聚合物共价接枝改性碳纳米管PAFH-CNTs。随后通过共组装的方法制备0D/1D“串珠状”复合纳米组装体材料PAFH-CNTs NCs,最后将PAFH-CNTs NCs用于修饰SPCE,采用与前文相同的方法制备了酶基电化学生物传感器NF/HRP/PAFH-CNTs NCs/SPCE,并对生物传感器的结构和性能进行了表征。结果表明:PAFH-CNTs NCs在电极表面形成纳米网络结构,较大的比表面积和PAFH中对糖蛋白有强亲和性的苯硼酸基团,均利于HRP的固定。PAFH与CNTs共价结合的方式使得空间网络结构更加稳定,赋予NF/HRP/PAFH-CNTs NCs/SPCE传感器更好的稳定性。