SiO2纳米粒子固定酶及其水凝胶复合物的制备与性能

摘要

生物体内各种生物量浓度是反映其健康水平的重要参数，其中人体内的血糖、血脂浓度是诊断糖尿病和高血脂症的关键指标。为了满足对完成大量检测任务的迫切需求，发展一种能连续（或同时）检测多种物质的多参数分析技术是现阶段的重点。光纤传感器具有大的信息传输速度、低的信息传输耗损、灵敏的响应性等显著优点，将光纤传感器与生物敏感材料结合起来的光纤生物传感器为检测生物体内生物量提供了一种灵敏有效的方法。为了满足光纤生物传感器的检测要求，选择合适的生物敏感材料是关键。PNIPAAm水凝胶是一种随着温度变化具有典型开关效应的功能材料，其临界相转变温度（LCST）约在35℃附近，将固定化酶包覆在水凝胶内，可实现对酶促反应的智能调控，当温度低于水凝胶的LCST时，水凝胶溶胀，外界溶液与固定化酶接触，酶促反应开始，当温度高于水凝胶的LCST时，水凝胶收缩，外界溶液与固定化酶隔开，酶促反应中断。水凝胶和固定化酶结合后生成的复合物为研制能连续检测葡萄糖和胆固醇的光纤生物传感器提供了可能。 基于以上背景，本论文的主要工作有： 1、制备了综合性能优越的PNIPAAm水凝胶和水凝胶-SiO2纳米粒子固定化葡萄糖氧化酶（GOD）复合物，其LCST在36.4℃附近。凝胶具有网状结构，其孔洞均匀，对环境温度的变化响应迅速。复合物的IR图证实了水凝胶已成功地包覆了固定化酶，SEM图可清晰的观察到孔洞结构和包覆的固定化酶，DSC图证明了水凝胶复合物的LCST应在35.8℃附近。 2、在SiO2纳米粒子上固定了胆固醇氧化酶（COD），并研究了COD的最佳固定条件、固定化酶的最优使用条件和稳定性：3–氨基丙基三已氧硅烷（APTES）的最佳浓度为2.5%（v/v），交联剂戊二醛（GA）的最佳浓度为4.0%（v/v），固定化过程中溶液的最佳pH为7.5，固定化COD的最佳给酶量为20 mg（40 mg SiO2纳米粒子为载体）。相对于游离COD，固定化COD对pH和温度的耐受性更佳，热稳定性、储存稳定性也有显著提升，操作稳定性较好。 3、构建了温控型光纤葡萄糖传感器，并研究了其性能：当待测液pH为6.5，温度为30℃，水凝胶复合物给酶量为10 mg（100 mg SiO2纳米粒子为载体）时，传感器检测结果最佳。25℃时，传感器的线性检测范围为50-700 mg/dL。传感器的重复性好、抗干扰能力强，可用于实际样品的检测。 4、构建了基于固定化COD的光纤胆固醇传感器，并研究了其性能。传感器的最佳检测条件为：溶液pH为7.5，温度为33℃，固定化COD给酶量为25 mg（250 mg SiO2纳米粒子为载体）。25℃下传感器的线性检测范围为20-120 mg/dL；传感器的重复性好，抗干扰能力强，可用于实际样品的检测。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 SiO2纳米粒子及其应用

1.2固定化酶及其研究进展

1.3温敏性智能水凝胶的特点与应用研究

1.4葡萄糖的检测方法研究

1.5胆固醇的检测方法研究

1.6多参数光纤生物传感器的研究进展

1.7选题目的、意义和主要研究内容

第2章PNIPAAm水凝胶及其与SiO2纳米粒子固定化GOD复合物的制备及性能研究

2.1实验部分

2.2结果与讨论

2.3本章小结

第三章 SiO2纳米粒子固定COD性能研究

3.1实验部分

3.2结果与讨论

3.3本章小结

第四章温控型光纤葡萄糖传感器的性能研究

4.1 实验部分

4.2结果与讨论

4.3本章小结

第五章基于固定化COD的光纤胆固醇传感器研究

5.1实验部分

5.2结果与讨论

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1结论

6.2创新点

6.3展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位硕期间发表的学术论文