基于多壁碳纳米管的三电极血乙醇生物传感器的研究

摘要

目的:
　　 乙醇是临床上一种常见的毒理物质,过量摄入乙醇可以导致人中枢神经的损害。同时,由过量饮酒引起的交通事故的发生率在不断增加,血液中乙醇浓度定量检测结果就成为判断驾驶人员是否饮酒驾驶和醉酒驾驶的重要依据。因此,快速、准确、定量检测血乙醇浓度在交通现场执法中显的尤为重要。
　　 1.以聚氯乙烯(PVC)材料为基板,制备稳定、性能良好的一次性丝网印刷三电极(SPE),包括碳工作电极、碳对电极和Ag/AgCl参比电极。
　　 2.制备GNPs-MWCNT-Nafion复合物,探讨Nafion、MWCNT-Nafion、GNPs-MWCNT-Nafion修饰丝网印刷电极的电化学行为。
　　 3.制备血乙醇生物传感器,对影响传感器检测性能的因素进行优化,探讨传感器对血乙醇的检测能力并进行方法学评价。
　　 方法:
　　 1.制备丝网印刷三电极,电极包括:碳工作电极、碳对电极和Ag/AgCl参比电极,制备好的SPE在含氯化钠的铁氰化钾([Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-)溶液中进行循环伏安扫描,分析电极的电化学性能。
　　 2.制备胶体金溶液,取Nafion溶液加入到胶体金溶液(体积比1:4)中超声混匀10min,然后向制备的混合物中加入1 mg MWCNT,超声混匀40min,得到均匀同质浓度为1mg/mL的GNPs-MWCNT-Nafion复合物,以此混合物修饰丝网印刷电极。同时制作Nafion、MWCNT-Nafion、GNPs-MWCNT-Nafion修饰的丝网印刷电极,所有修饰电极在1 mmol/L MB中循环伏安扫描吸附MB后,再在0.1 mol/L的PBS溶液中运用循环伏安法,探讨不同修饰电极的电化学行为。
　　 3.以ADH为修饰酶液,在电极反应区表面贴上亲水膜,形成一个容积为5μL的反应池,制备成血乙醇生物传感器。优化实验条件如:pH值、温度、工作电位。配制血乙醇标准液,利用虹吸现象吸取定量微量标准液,用生物传感器进行检测,采用计时电流法分析电流值与乙醇浓度的关系,制作标准曲线,确定传感器的检测线性范围以及检测限。对样品进行检测,对传感器的稳定性、抗干扰能力进行分析。
　　 结果:
　　 1、制备的丝网印刷三电极长29 mm、宽10 mm、厚0.5 mm,电极性能良好。在铁氰化钾([Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-)溶液中进行循环伏安扫描,可见氧化还原峰电流(ipa、ipc)与扫描速度的平方根v1/2/(mVs-1)1/2成正比,说明制备的SPE符合实验要求。
　　 2、得到均质的GNPs-MWCNT-Nafion复合物,修饰丝网印刷三电极在PBS溶液中扫描得到了不同扫描速度下的循环伏安图,氧化还原峰电流与扫描速度平方根成正比,说明电极反应是一个表面控制过程。并且,GNPs-MWCNT-Nafion修饰的电极电流响应值最高。
　　 3、在优化实验条件下,制备的生物传感器对乙醇有好的检测性能,检测线性范围为2.0×104～25×10-3mol/L,最低检测限为5.0×10-5mol/L(S/N=3)。制作的血乙醇生物传感器检测所需样品量少,具有良好的重复性、稳定性和抗干扰能力。
　　 结论:
　　 1、制作的GNPs-MWCNT-Nafion复合物性能稳定,能够牢固吸附MB,并且具有很好的放大电流的效果进而提高生物传感器的检测性能。
　　 2、在电极工作区表面贴上亲水膜形成体积一定的微量反应池,标本用量少。乙醇脱氢酶能够特异性催化乙醇,制作的血乙醇生物传感器检测快速,对乙醇具有良好的检测性能。