FeO-SiO纳米复合固定化葡萄糖氧化酶及应用

摘要

光学生物敏感材料是光纤生物传感器中的关键组成部分。高性能的光学复合敏感材料的制备是研制高性能光纤生物传感器的关键技术。目前报道的基于酶催化的光纤生物传感器的敏感材料通常由光学敏感材料和生物酶两部分组成，如果将光学指示剂和酶通过合适的技术组合在一起制成光学复合敏感材料，可有效提高传感器的响应速度和检测精度，并可实现传感器的微型化，具有较高的应用价值。人体血液中葡萄糖浓度的检测对人体健康监测和疾病早期诊断十分重要，基于酶催化的光纤生物传感器是实现这类检测的有效手段之一，其研究具有重要的理论意义和应用价值。
　　 本文制备Fe3O4-SiO2磁性纳米复合粒子(FSNPs)，并以此为基体材料固定葡萄糖氧化酶(GOD)，所得到的固定化酶具有优良的特性。制备了同时含有固定化酶和荧光指示剂的光学复合生物敏感材料，设计和构建了基于光学复合敏感材料催化的光纤葡萄糖传感器，初步研究了传感器的性能。
　　 本论文的主要工作包括以下几个方面：
　　 (1)采用共沉淀法制备具有超顺磁性的Fe3O4纳米粒子，粒径在15nm左右；通过溶胶-凝胶法制备形貌粒径单一的FSNPs。对所得的粒子利用透射电镜，振动样品磁强计进行表征。所得到的磁性纳米复合粒子平均粒径可达到60～80nm左右，接近超顺磁性，有良好的生物相容性。
　　 (2)以FSNPs为载体通过交联法固定GOD，研究硅烷化试剂APTS浓度、戊二醛的浓度、最佳给酶量、酶固定化过程中的pH值等因素对固定化酶活性的影响；以葡萄糖为底物的固定化酶最佳使用温度为50C，最佳使用pH值为7，Km值为34.9mM，与游离酶的相比增大。固定化酶具有较好的热稳定性、贮存稳定性和操作稳定性。
　　 (3)制备了同时含有固定化酶和荧光指示剂的光学复合生物敏感材料，设计和构建光纤葡萄糖传感器测试系统，初步研究表明：传感器的检测范围为100～600mg/dl，响应时间为15s。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1光纤生物传感器简介

1.1.1光纤生物传感器的特点及分类

1.1.2光纤生物传感器的应用前景

1.1.3光纤葡萄糖传感器的研究

1.2光纤传感敏感材料研究

1.2.1无机光学敏感材料

1.2.2有机光学敏感材料

1.2.3有机-无机光学敏感材料

1.3葡萄糖氧化酶的性质及其固定化研究

1.3.1 GOD的酶学性质

1.3.2 GOD的催化机理

1.3.3 GOD的应用

1.4酶的固定化方法研究

1.4.1酶与固定化酶的特点

1.4.2酶的固定化方法

1.5选题的目的，意义与主要研究内容

1.5.1选题的目的和意义

1.5.2课题的来源及主要研究内容

第2章 Fe3O4-SiO2磁性纳米复合粒子的制备

2.1 FSNPs的结构与特性

2.2实验部分

2.2.1试剂与仪器

2.2.2 Fe3O4磁性纳米粒子的制备

2.2.3 FSNPs的制备

2.3结果与讨论

2.3.1 FSNPs的形貌

2.3.2 FSNPs反应过程

2.3.3 FSNPs的磁性能

2.4小结

第3章Fe3O4-SiO2纳米复合固定化葡萄糖氧化酶的制备与性能

3.1固定化酶的制备原则

3.2实验部分

3.2.1试剂与仪器

3.2.2共价交联法固定GOD

3.2.3固定化酶固定化率的测定

3.2.4 GOD活性测定方法

3.2.5酶活回收率的测定

3.2.6米氏常数Km值的测定

3.3结果与讨论

3.3.1固定化条件对固定化酶粒子活性的影响

3.3.2游离酶及固定化酶最佳催化条件研究

3.3.3游离酶及固定化酶的热稳定性

3.3.4游离酶及固定化酶储存稳定性

3.3.5固定化酶操作稳定性

3.3.6固定化酶的固定化率

3.3.7固定化酶的酶活回收率

3.3.8葡萄糖氧化酶的Km值

3.4小结

第4章基于光学复合敏感材料的光纤葡萄糖传感器的初步研究

4.1光纤葡萄糖传感器检测原理

4.2实验部分

4.2.1试剂与仪器

4.2.2光学复合敏感材料的制备

4.2.3光纤葡萄糖生物传感器的设计

4.2.4光纤葡萄糖传感器的测定条件

4.3结果与讨论

4.3.1溶胶-凝胶膜包埋固定化酶粒子可行性分析

4.3.2光学复合敏感膜的制备影响因素

4.3.3溶胶-凝胶光学复合敏感膜的稳定性

4.3.4光纤葡萄糖传感器性能的初步研究

4.4本章小结

第5章总结及展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文