基于功能化纳米二氧化硅材料为载体的酶生物传感器的研究

摘要

纳米二氧化硅是一种应用极其广泛的纳米材料，它具有较大的比表面积、高化学纯度、良好的稳定性和绝佳的单分散性及优异的可修饰性等特点。它在包括造纸、食品加工、化妆品、工业涂料等方面都有所建树。而且，由于其具有优良的生物兼容性，所以它在生物化学和医疗领域也有很大的发展。本论文主要是围绕纳米二氧化硅作为生物分子载体在酶生物传感器中的应用开展了一些工作。
　　(1)在St(o)ber法的基础上，结合前人的研究成果，成功制备了具有优异的表面形貌特征的纳米SiO2粒子。通过直接观测、透射电镜、红外光谱等检测方法，全面地对制备出的纳米二氧化硅粒子进行一系列性能表征。制备的纳米SiO2粒径大约在130±5nm左右，圆度比较好。而且在此基础上，利用多种烷基偶联剂对纳米二氧化硅表面的羟基进行改性，修饰了氨基和环氧基等官能团，为后面酶分子的负载奠定了一定的基础。
　　(2)通过硅烷化试剂，在纳米SiO2粒子表面修饰氨基官能团，而且借助共价结合的方式将辣根过氧化物酶与葡萄糖氧化酶同时固定在纳米材料表面。利用双酶反应产物与显色剂之间的相互作用，成功构建检测人体血糖浓度的光学酶生物传感器。同时研究了传感器构建过程中不同实验条件对于检测结果的影响。该传感器具有检测时间少，操作方便快捷，所需仪器简单、检测结果稳定等特点。在其后续的应用中，可以根据实际测试目标的不同，通过改变纳米二氧化硅上负载生物酶的种类和含量的比例，最终达到检测不同待测底物的目的。该生物传感器在生物制片方面也有着很好的潜在应用价值。
　　(3)采用具有环氧基官能团的纳米二氧化硅材料为载体，成功将辣根过氧化物酶和葡萄糖氧化酶共同固定在纳米二氧化硅表面。而且利用壳聚糖的纤维状成膜特性将上述材料修饰在玻碳电极上，构建了关于检测葡萄糖浓度的电化学酶生物传感器。因为二氧化硅导电性的局限，在实验中引入电子媒介体。借助电子媒介体优异的电活性特性，采用电化学方法对酶修饰电极的电化学性能进行了分析研究。在实验中研究了不同电子媒介体在酶待测底物检测中起到的作用，并针对实验现象提出来可能的理论解释。该生物传感器的构建为体外电化学检测葡萄糖的方法提供了一些有用的信息，对相关实验研究起到了一定的参考价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 生物传感器简介

1．2 光化学生物传感器

1．3 电化学酶生物传感器

1．4 纳米材料概述

1．5 纳米二氧化硅材料

1．5．1 纳米二氧化硅材料简介

1．5．2 二氧化硅的制备

1．5．3 二氧化硅的改性

1．5．4 二氧化硅纳米粒子在生物传感器方面的中的应用

1．6 生物传感器中酶组分的固定方法

1．6．1 吸附法

1．6．2 包埋法

1．6．3 共价结合法

1．6．4 交联法

1．7 葡萄糖氧化酶和辣根过氧化物酶

1．8 本论文的研究内容和创新点

第二章 单分散纳米二氧化硅微球的制备、改性及其表征

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与仪器

2．2．2 单分散纳米二氧化硅粒子的制备

2．2．3 纳米二氧化硅的改性

2．2．4 实验表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 表观图像

2．3．2 二氧化硅的TEM表征

2．3．3 二氧化硅红外表征

2．4 本章小结

第三章 单分散二氧化硅纳米粒子用于双酶的固定及其在葡萄糖检测中的应用

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与仪器

3．2．2 在氨基修饰的二氧化硅纳米粒子上同时固定葡萄糖氧化酶和辣根过氧化物酶(SiO2-GOD／HRP)

3．2．3 分析测试过程

3．3 结果与讨论

3．3．1 固定在二氧化硅上双酶活性的验证和催化机理的讨论

3．3．2 影响葡萄糖生物传感器的因素

3．3．3 葡萄糖传感器的检测

3．3．4 葡萄糖传感器的控制实验

3．3．5 葡萄糖传感器实际样品的测试

3．4 本章小结

第四章 环氧基化纳米二氧化硅粒子用于多酶的固定及在葡萄糖传感器中的应用

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂与仪器

4．2．2 二氧化硅纳米粒子表面固定辣根过氧化物酶／葡萄糖氧化酶

4．2．3 Chitosan／SiO2-GPMS-HRP／GOD／GCE修饰电极的制备

4．2．4 电化学检测

4．3 结果与讨论

4．3．1 二氧化硅表面负载的双酶活性验证

4．3．2 SiO2-GPMS-HRP／GOD在修饰电极表面的电化学研究

4．3．3 电化学反应机理的讨论

4．4 本章小结

第五章 总结

参考文献

作者简介

致谢