基于固定化酶及仿生酶催化的光纤生物传感器研究

摘要

对生物体内有关生物量以及环境中污染物的有效检测目前已成为国内外研究的热点。人体血糖水平是衡量新陈代谢水平的重要指标之一，血糖含量的检测对糖尿病的早期诊断与治疗十分重要。2-氯苯酚(2-CP)具有较强的毒性、持久性、抗生物降解性、生物积累性和环境转移性，因此准确而迅速地测定环境中2-CP的残留量，对监测、控制生物圈中2-CP的含量有着重要意义。
　　 光纤生物传感器因其具有探头直径小、信息传输量大、能量损耗低、响应快、成本低、使用方便、抗干扰能力强以及可实时在线检测等优点，为生物体内有关生物量以及环境中污染物的检测提供了一种有效的途径。其中对基于酶催化的光纤生物传感器的研究最为广泛。
　　 利用固定化技术酶的稳定性可以得到大幅度提高。而仿生酶与天然酶相比，具有性能稳定、制备简单、成本低等优点。这些特点为光纤酶传感器的实际应用提供了基础。本文设计和制备了两种基于酶催化的光纤生物传感器：一种是基于固定化GOD催化的光纤生物传感器。我们以SiO2纳米粒子固定化葡萄糖氧化酶(GOD)为基础，采用溶胶-凝胶技术，制备同时含有固定化GOD和光敏剂Ru(bpy)3Cl2的光学复合传感膜，并对其性能进行了研究和优化。同时构建了用于检测葡萄糖的光纤传感器，并对传感器的传感性能进行了研究。另一种是基于四硝基铁(Ⅱ)酞菁仿生酶催化的光纤生物传感器。我们以醋酸纤维素包埋光敏剂Ru(bpy)3Cl2制备光学氧敏感膜，构建了用于检测2-CP的光纤传感器，并对该传感器的传感性能进行了研究。
　　 主要研究内容和结果包括以下几方面：
　　 (1)以SiO2纳米粒子为载体制备了固定化GOD，再以DDS、TEOS、盐酸、聚乙二醇400等为原料，以Ru(bpy)3Cl2为荧光指示剂，利用溶胶-凝胶技术制备了同时包含固定化GOD和荧光指示剂的溶胶-凝胶光学复合生物传感膜。研究了DDS/TEOS复合醇盐配比、酸催化剂含量、PEG400改性剂和膜干燥条件对此光学复合生物传感膜性能的影响。
　　 (2)构建了基于溶胶-凝胶光学复合生物传感膜的光纤葡萄糖传感器，使用锁相放大技术，实现了对葡萄糖溶液浓度的检测。研究了该传感器的响应时间、标准曲线、重复性和长期稳定性等相关性能。研究表明：在葡萄糖溶液的浓度范围50～600 mg/dL内，葡萄糖溶液浓度与相对滞后相移有良好的线性关系，传感器的检测下限和上限分别为50 mg/dL和700 mg/dL；传感器的响应时间为15 s，且该传感器的稳定性和重复性良好。
　　 (3)基于四硝基铁(Ⅱ)酞菁对氯酚的催化氧化反应，构建了光纤2-CP传感器，以钌(Ⅱ)联吡啶配合物为光敏剂并固定在醋酸纤维素膜中，使用锁相放大技术，实现了对2-CP浓度的间接检测。研究表明：在1×10-6～7×10-6mol/L和7×10-6～1×10-4mol/L两个浓度范围内，2-CP浓度与相对滞后相移有较好的线性关系，检测下限为1×10-6mol/L。传感器的响应时间为5分钟，且该传感器具有较好的重复性和长期稳定性。