纳米材料/生物大分子复合物的制备、表征及在生物传感器中的应用

摘要

纳米材料由于尺寸小、比表面积大、表面原子配位不足、活性位点多等原因，使其具有催化效率高、吸附能力强等优点，且纳米粒子本身具有生物兼容性，为生物传感器研究提供了新的途径。与传统的传感器相比，纳米材料传感器不仅体积更小、速度更快、而且精度更高、可靠性更好。本文将纳米材料（碳纳米管和磷酸铈纳米管）的优越性能应用于生物传感器之中，研究了生物大分子（酒精脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、肌红蛋白）在这些纳米材料修饰电极表面的固定，并考察了制得的生物传感器在检测酒精、谷氨酸、过氧化氢等方面的应用。主要内容如下：
　　 1. 硫堇-单壁碳纳米管（Th-SWNTs）复合物的制备、表征及在乙醇生物传感器中的应用。将Th分子修饰到SWNTs表面，制得了Th-SWNTs纳米复合体，用SEM、XPS等方法对Th-SWNTs进行了表征，结果表明，Th分子不仅能快速、有效地修饰到SWNTs的表面，而且还能有效地改善SWNTs在水中的分散性能。伏安结果表明，Th-SWNTs修饰的电极（Th-SWNTs/GC）对NADH的氧化表现出很高的电催化活性，使其过电位减小640mV。将酒精脱氢酶（ADH）固定到Th-SWNTs/GC电极表面形成ADH-Th-SWNT/GC电化学生物传感器，该传感器对乙醇的响应快速高效，稳定性好，具有可重现性，生物吸附力强。此外，该传感器可以用于检测实际样品中的乙醇浓度。
　　 2. 谷氨酸脱氢酶（GlDH）在硫堇-单壁碳纳米管（Th-SWNTs）复合物上的固定、表征及对谷氨酸的低电位检测。用吸附的方法将GlDH固定在Th-SWNTs上，形成了GlDH-Th-SWNTs纳米复合物。用UV-Vis光谱对该复合物进行了表征，表明GlDH固定在Th-SWNTs上之后，仍然能够保持原有的结构和性质。将GlDH-Th-SWNTs固定在GC电极上制得GlDH-Th-SWNTs/GC传感器，可以用于谷氨酸的电化学检测。实验结果表明，该传感器响应快，线性范围宽，检测限低，且稳定性、重现性、选择性良好，可以用于实际样品中谷氨酸的检测。此外，该生物传感器还具有制作方法简单、电催化活性高并能够有效保持酶分子活性等优点。
　　 3. 肌红蛋白-磷酸铈纳米管复合物的制备、表征及在过氧化氢生物传感器中的应用。通过简单的水热法合成了磷酸铈（CeP）纳米管，并用TEM、EDS、XRD等方法对其进行了表征，结果表明制得了单斜晶形的结构的1D纳米材料。
　　 把CeP纳米管作为电极材料固定肌红蛋白（Mb），并采用SEM、UV-Vis、CD等方法对Mb-CeP进行了表征，证明Mb可以吸附在CeP纳米管上，且在吸附后性质没有明显的改变。此外，采用伏安法研究了Mb-CeP/GC电极的电化学性质。
　　 伏安结果显示，Mb固定在CeP纳米管表面之后能够进行有效的直接电子传递，其循环伏安曲线上有一对明显的、准可逆的氧化还原峰。该电极对氧气和过氧化氢都表现出良好的电催化性能，可以用作生物传感器来检测底物。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第二章 硫堇修饰的碳纳米管的制备、表征及在乙醇生物传感器中的应用

第三章 谷氨酸脱氢酶在硫堇-单壁碳纳米管上的固定、表征及对谷氨酸的低电位检测

第四章 磷酸铈纳米管的制备、表征及在过氧化氢生物传感器中的应用

在读期间发表的学术论文及研究成果

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