基于羟基磷灰石和碳纳米管复合纳米材料的生物传感器研究

摘要

生物传感器的特殊优点使其近年来得到广泛的关注和应用。如今,越来越多的材料被用以修饰电极,而以纳米材料应用尤为广泛。如何利用纳米材料来固定生物酶,更好地提高传感器的检测灵敏度、稳定性以及更快速的响应,仍然是分析工作者研究的重点。
　　 羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)由于具有有良好的生物兼容性和生物活性,原本是临床上作为人体骨骼的替代材料,近年来,也进入了生物电化学基础研究及其生物传感器开发的研究领域。本文在实验室已有对HA双电位阶跃的研究基础上考察了葡萄糖氧化酶、血红蛋白等生物大分子在HA修饰电极上的固定,并结合与碳纳米管的共同修饰,考察了生物酶分子在不同修饰电极上的电化学行为,为开发性能优良的新型生物传感器提供一些研究基础和实验技术。本论文主要包含以下几个方面:
　　 1.基于HA修饰电极的葡萄糖传感器的研究
　　 采用双电位阶跃法在玻碳(Glassy carbon,GC)电极上电沉积制备HA涂层,将葡萄糖氧化酶(Glucose oxidase,GOD)固定在HA修饰的玻碳电极上,制得GOD-HA／GC修饰电极。测得该修饰电极的CV曲线上可观察到一对氧化还原峰,氧化还原峰电流之比接近1,式量电位E0’为-0.387 V、峰电位差ΔEp为28 mV,表明HA可以促进GOD的电子传递,并且是一受吸附控制的准可逆过程,该修饰电极对不同浓度葡萄糖呈现良好的线性响应关系。
　　 2.基于HA和SWNTs共同修饰的葡萄糖传感器的研究
　　 在事先用滴涂法修饰了单壁碳纳米管(SWNTs)的玻碳电极上用双电位阶跃法沉积HA涂层,并用自组装的方法将GOD固定到修饰膜上,制得GOD-HA／SWNTs／GC修饰电极。基于电化学交流阻抗谱的测试结果及其所得的电化学参数,讨论了GOD在修饰电极上进行的直接电子传递的机制,发现SWNTs和HA的协同作用可以促进电子传递。考察了不阿pH值对该修饰电极的电化学行为的影响,以及考察了修饰电极的稳定性。修饰电极对不同浓度的葡萄糖溶液的测试得到良好的线性响应关系,且稳定性明显优于无SWNTs修饰的电极,线性范围也较宽。
　　 3.血红蛋白在HA和SWNTs修饰的玻碳电极上的电化学行为及其应用研究
　　 采用双电位阶跃法在玻碳电极上电沉积HA涂层,应用分子层层自组装技术将聚阳离子(poly-dimethyldiallyl—ammonium chloride,PDDA)和血红蛋白(Hb)自组装到电极上,制得Hb-PDDA-HA／SWNTs／GC修饰电极。考察了不同的分散剂对修饰电极的电化学行为的影响。实验结果表明,二甲基甲酰胺(Dimethyl Sulfoxide,DMF)分散的SWNTs比壳聚糖分散的效果好。循环伏安测量结果表明,Hb在修饰电极上能进行直接的电子传递反应,是一受吸附控制的准可逆反应。该修饰电极对不同浓度H2O2的响应电流也有一定的线性关系。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 纳米材料在电化学传感器中的应用进展

1.2.1 碳纳米管在电化学传感器中的应用研究

1.2.2 其他纳米粒子在电化学传感器中的应用

1.2.3 羟基磷灰石在电化学方面的研究

1.3 本论文的主要研究内容和目标

第二章 基于HA修饰电极的葡萄糖传感器的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂

2.2.2 实验仪器

2.2.3 修饰电极的制备

2.3 修饰电极的电化学行为研究

2.3.1 修饰电极的循环伏安测量

2.3.2 溶液pH值对修饰电极电子传递的直接影响

2.3.3 基于HA修饰电极的葡萄糖传感器

2.4 结论

第三章 基于HA和CNTs修饰电极的葡萄糖传感器的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂

3.2.2 实验仪器

3.2.3 酶修饰电极的制备

3.3 修饰电极的电化学行为的研究

3.3.1 修饰电极的直接电子的传递

3.3.2 交流阻抗谱测试

3.3.2 溶液pH值对修饰电极的电化学行为的影响

3.3.3 对葡萄糖的检测

3.3.4 修饰电极的稳定性

3.4 结论

第四章 血红蛋白在HA和SWNTs修饰的玻碳电极上的电化学行为及其应用研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验试剂

4.2.2 实验仪器

4.2.3 酶修饰电极的制备

4.3 修饰电极的电化学行为研究

4.3.1 分散剂对修饰电极电化学行为的影响

4.3.2 修饰电极的直接电子传递

4.3.3 溶液pH值的影响

4.3.4 修饰电极对过氧化氢的检测

4.3.5 修饰电极的稳定性

4.4 结论

第五章 结论

参考文献

攻读硕士期间的科研成果

致谢