用于生理活性物质检测的电化学传感器的研究

摘要

生理活性小分子是脑神经过程的重要物质基础，发展对这些分子的活体在线电化学分析，对于从分子层次上对脑神经系统的生理和病理过程进行了解和认识，具有十分重要的意义。生物体内生理活性物质对于维持生物的正常生理活动不可或缺，尤其是中枢神经系统的化学物质，如葡萄糖、乳酸、抗坏血酸、多巴胺、尿酸等，这些生理活性物质在体内含量发生异常时会使生物体的组织和器官发生病变。正是由于其在生理学和病理学过程中有重要的指示作用，对这些物质进行定量检测至关重要。因此，研究和开发灵敏快速、实用可靠地分析检测这些生理活性物质的方法，不管是对动物及人类的营养健康研究还是疾病诊断都有重要的现实意义。本论文以构筑和开发新的电化学传感界面、制备新型电化学传感器为重点，结合电化学方法、微渗析技术、生物技术和纳米技术，开发了一系列可用于生理活性物质检测的电化学传感方法，具体如下:
　　一、通过化学方法制备了还原石墨烯，并且采用一步法构筑了聚马来酰酐(PMS)键合葡萄糖氧化酶（GOD胶束）/二茂铁(Fc)/还原石墨烯(GP)/聚苯乙烯(PS)的三维导电纳米复合膜，这种固定方法可以使非水溶性的二茂铁无需共价键合或复杂的操作就可以稳定固定在酶膜中，呈现良好的稳定性。并且所构筑的复合膜具有较高的灵敏度，能够作为活体连续在线检测有效可靠的平台。本研究以葡萄糖氧化酶(GOD)为例，以GOD胶束/Fc/GP/PS修饰电极作为流动系统中的检测器，对葡萄糖的定量检测显示了很好的分析性能，结合微透析技术实现了鼠脑中葡萄糖的近实时活体在线检测，取得了满意的效果。这种方法以其传感元件制备的简易及优良的电化学性能在基础研究和实际应用中都有广泛的应用前景。
　　二、制备了亲水性的功能化多壁碳纳米管(f-MWNT)并应用于构筑高性能的生物传感界面。利用葡萄糖氧化酶和二茂铁之间的静电作用，使得酶和媒介体能稳定地固定在聚苯乙烯薄膜结构内。亲水性的f-MWNT在复合膜中，能够和二茂铁、酶溶液在电极表面形成均匀的三维联通导电结构，构建了更有利的电荷传输途径，加快了酶的氧化还原中心与二茂铁，二茂铁与电极表面的电子传递速率，同时该结构为酶提供了良好的生物微环境，使其保持了空间立体构型，从而在膜层中有很好的生物活性及稳定性。使用一步法构筑，避免了复杂的制备和繁琐的媒介体固定化方法，所构筑的基于GOD-Fc/f-MWNT/PS/GCE生物传感界面的生物传感器，显示了很好的分析性能，具有应用于活体内葡萄糖的在线连续监测分析的潜力。
　　三、通过操作简单、温和、且条件易控的电化学方法来对玻碳电极表面进行氨化，氨化的玻碳电极对抗坏血酸（AA）、多巴胺(DA)和尿酸(UA)具有良好的电催化性能。实验数据表明不同分子结构的AA、DA和UA与氨化的玻碳界面石墨层之间存在氢键以及π-π相互作用，从而不同程度的改变了AA、DA和UA在功能化界面上的过电位和电子转移速率，使得这三组分的氧化峰得到了良好分离和解析，从而实现AA、DA和UA三组分同时存在的体系中对任一组份或者三组分同时测定。使用这种电化学方法制备的电化学传感器有望作为AA、DA和UA三组分同时存在时在线测定以及原位测定的有效平台，对生物体神经系统中生理活性物质的检测提供了简单有效的绿色新型途径。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 电化学生物传感器

1．2．1 电化学生物传感器简述

1．2．2 电化学酶传感器

1．3 纳米材料概述

1．3．1 纳米材料的定义及分类

1．3．2 纳米材料在生物传感领域的应用

1．4 结合微渗析活体取样技术的电化学传感在线检测

1．4．1 微渗析活体取样技术的概述

1．4．2 电化学生物传感活体在线检测系统的建立及应用

1．5 本论文的研究思路与目的

参考文献

2 酶／二茂铁／石墨烯复合传感膜的一步法构筑及其活体在线检测的应用

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂与材料

2．2．2 实验仪器和在线检测装置

2．2．3 制备还原石墨烯

2．2．4 制备葡萄糖生物传感器

2．2．5 活体在线测定鼠脑中葡萄糖

2．3 结果与讨论

2．3．1 PMS-GOD／GP／Fc／PS三维导电结构的构筑机理及表征

2．3．2 三维导电复合膜的电化学表征

2．3．3 葡萄糖在线检测的电化学分析性能

2．3．4 鼠脑中葡萄糖的连续在线检测

2．4 小结

参考文献

3 基于酶／二茂铁／碳纳米管复合传感膜的葡萄糖生物传感器的研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料及试剂

3．2．2 制备功能化碳纳米管

3．2．3 制备纳米金溶胶

3．2．4 制备葡萄糖生物传感器

3．2．5 实验仪器及装置

3．3 结果与讨论

3．3．1 生物传感界面的SEM表征及对比

3．3．2 GOD-Fc／f-MWNT／PS／GCE电化学性能表征

3．3．3 实验条件的优化

3．3．4 葡萄糖生物传感器的电分析性能

3．4 小结

参考文献

4 基于氨化的玻碳电极的电化学传感器及其在抗坏血酸、多巴胺和尿酸三组分同时测定中的应用

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验药品与试剂

4．2．2 实验所用仪器及装置

4．2．3 制备功能化传感界面

4．2．4 电化学脉冲检测

4．3 结果与讨论

4．3．1 氮化玻碳电极表面的表征

4．3．2 AA、DA和UA电化学行为的考察

4．3．3 实验条件平pH的优化

4．3．4 AA、DA和UA三组分同时存在时的测定

4．3．5 氮化玻碳界面对AA的超灵敏检测

4．4 小结

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢