基于二茂铁—多肽纳米材料的葡萄糖电化学生物传感器研究

摘要

葡萄糖电化学生物传感器因其响应时间短、稳定性良好、灵敏度高、高度选择性等特点得到化学工作者的广泛关注。但是由于葡萄糖氧化酶（Glucose Oxidase，GOx）的氧化还原活性中心周围有一层蛋白壳将其包裹，从而使得电子从GOx活性中心转移到电极表面的过程较为困难。为了解决这一问题，电子媒介体作为一种非常有效的手段被用于提升酶活性中心与电极之间的电子传递效率，借助测量电子媒介体电流值的变化即可实现对待测物的检测。
　　二茂铁-二苯丙氨酸（Ferrocene-Diphenylalanine，简称Fc-Phe-Phe-OH）可自组装形成纳米线(Fc-Peptide Nanowire，简称Fc-PNW)，二茂铁-苯丙氨酸可自组装形成水凝胶(Fc-Phe-OHHydrogel)，它们均是通过超分子自组装大量聚集形成的新型多肽纳米电活性物质。本文采用超分子材料Fc-PNW\Fc-Phe-OH水凝胶做为电子媒介体，并对这些材料及其构建的新型传感器电化学性能进行研究。主要研究内容如下:
　　以二茂铁-二苯丙氨酸纳米线为电子媒介体，首先制备二茂铁二苯丙氨酸（Fc-Phe-Phe-OH），其可自组装形成Fc-PNW。在戊二醛存在条件下，与壳聚糖（Chitosan，简称CS）及GOx结合后，修饰于玻碳电极(GC)制成酶传感器。构建的新型传感器结构为CS/GOx/Fc-PNW/GC。实验中通过计时电流法(Amperometric i-tCurve，简称i-t)及循环伏安法（Cyclic Voltammetry，CV）细致的研究此传感器的电化学性能及实验最佳条件。实验结果表明:在37℃、磷酸缓冲溶液(PBS，pH=7.4)条件下，此传感器对葡萄糖的电催化作用明显。葡萄糖浓度与Fc-PNW催化氧化峰电流值的线性关系在0.01～3.0mmol·L-1范围内较好，检测限为50μmol·L-1。对医院提供血样的血糖值进行检测，所得结果与医院提供的数据吻合。
　　以二茂铁-苯丙氨酸水凝胶为电子媒介体，首先将制备好Fc-Phe-OH水凝胶修饰到玻碳电极上，通过壳聚糖将此葡萄糖氧化酶及二茂铁-苯丙氨酸水凝胶复合物固定于电极表面，干燥即制成结构为CS/GOx/Fc-Phe-OH Hydrogel/GC的传感器。实验中通过扫描CV对此传感器的电化学性质以及对葡萄糖响应的最佳条件进行了研究。实验结果表明:传感器在37℃，PBS(pH=7.4)条件下，对葡萄糖响应电流明显。此传感器具有潜在的应用前景，二茂铁-苯丙氨酸水凝胶有望应用于其他类型酶传感器。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 生物传感器简介

1．1．1 电化学生物传感器发展历程

1．1．2 电化学生物传感器工作流程

1．1．3 电化学葡萄糖传感器研究简介

1．2 超分子化学

1．2．1 超分子化学简介

1．2．2 超分子自组装与分子识别

1．2．3 超分子自组装方法

1．2．4 超分子自组装在生物学领域的应用

1．2．5 纳米科技在生物传感器中的应用

1．2．6 超分子自组装展望

1．3 二茂铁-二苯丙氨酸

1．3．1 苯丙氨酸简介

1．3．2 二苯丙氨酸自组装纳米线简介

1．3．3 二茂铁及其衍生物的基本电化学性质

1．3．4 二茂铁衍生物的电化学传感器应用

1．3．5 二茂铁-二苯丙氨酸简介

1．4 二茂铁-苯丙氨酸凝胶

1．4．1 超分子凝胶简介

1．4．2 二茂铁-苯丙氨酸水凝胶的结构及性质

1．5 本文选题背景与意义

第二章 基于二茂铁-二苯丙氨酸纳米线的葡萄糖传感器研究

2．1 引言

2．2 主要试剂及仪器设备

2．3 实验部分

2．3．1 Fc-Phe-Phe-OH的合成

2．3．2 合成步骤

2．3．3 玻碳电极的预处理

2．3．4 Fc-PNW-GOx修饰电极的制备

2．3．5 电化学检测条件

2．4 结果与讨论

2．4．1 Fc-Phe-Phe-OH及纳米线的表征

2．4．2 GC和Fc-PNW-GOx／GC电极的电化学行为

2．4．3 Fc-PNW-GOx修饰电极对葡萄糖的电催化行为

2．4．4 葡萄糖的响应原理

2．4．5 pH及温度对传感器响应的影响

2．4．6 葡萄糖与Fc-PNW-GOx修饰电极的电化学行为

2．4．7 稳定性和重复性

2．4．8 实际血样检测

2．5 结论

第三章 基于二茂铁-苯丙氨酸水凝胶的修饰电极电化学性质研究

3．1 引言

3．2 主要试剂及仪器设备

3．3 实验部分

3．3．1 Fc-Phe-OH的合成

3．3．2 Fc-Phe-OH水凝胶的制备

3．3．3 玻碳电极的预处理

3．3．4 Fc-Phe-OH水凝胶-GOx修饰电极的制备

3．3．5 电化学测试

3．4 结果与讨论

3．4．1 Fc-Phe-OH及纳米线的表征

3．4．2 GC和Fc-Phe-OH水凝胶-GOx／GC电极的电化学行为

3．4．3 Fc-Phe-OH水凝胶-GOx修饰电极对葡萄糖的电催化行为

3．4．4 pH及温度对传感器响应的影响

3．4．5 稳定性和重复性

3．5 结论

总结与展望

参考文献

硕士期间主要研究成果

致谢