辣根过氧化物酶多层膜酶电极的构筑及其应用

摘要

构筑多层有序膜的酶电极是实现酶电极稳定性制备和深入发展的重要途径，逐层自组装技术(Layer-by-layer assembly,LBL assembly)可以进行有机超薄膜有序构筑，并具有操作简单、膜厚度纳米可控、膜结构和性能易于调节、适合成膜物质多等特点。因此，通过LBL方法交替组装构筑酶多层膜及多层膜酶电极的研究具有重要意义。 论文研究了静电组装和生物识别组装辣根过氧化酶(HRP)多层膜电极的构筑方法，并在金电极表面组装构筑了系列HRP多层膜电极，包括聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)/HRP多层膜电极，有PAH/PSS(聚苯乙烯磺酸钠)/PAH前体膜的单层和多层Con A(伴刀豆球蛋白)/HRP电极，HRP/GOx(葡萄糖氧化酶)双酶多层膜电极，及预混合小分子染料耐尔蓝(NB)的PSS-NB/HRP多层膜无试剂电极。研究制备的HRP电极用于过氧化氢、酚类化合物、胺类化合物分析检测，具有灵敏度高、稳定性好、抗干扰能力强等特点。 论文研究了静电LBL组装构筑HRP多层膜电极，主要以HRP与聚电解质PAH静电组装构筑PAH/HRP多层膜酶电极，用AFM方法对PAH/HRP多层膜的表面形貌、粗糙度和均匀性进行表征分析。结果表明，以儿茶酚为底物，在组装1-5个PAH/HRP双层时，多层膜电极的响应随着酶的组装层数的增加而提高。实验优化电极制备和分析测定的条件，(PAH/HRP)<,5>电极对儿茶酚的线性范围为6.0-120.0μmol1<'-1>，灵敏度为48.91 nA l μmol<'-1>；常见葡萄糖和抗坏血酸对PAH/HRP的多层膜电极测定酚类物质没有干扰；PAH/HRP多层膜电极对样品消毒液回收率为98.7-109％。对于酚类化合物测定，灵敏度主要取决于分子中取代基的共轭给电子效应，取代基的共轭给电子效应越强灵敏度越大。 论文研究了生物识别组装构筑了HRP单层和多层膜电极，在金电极表面组装PAH/PSS/PAH前体膜，以ConA与HRP生物识别组装构筑酶电极，用紫外-可见光谱表征了FITC-Con A与HRP的逐层组装过程；以儿茶酚为底物考察前体膜中的pH值和盐度对组装HRP电极催化电流的影响。结果表明，前体膜的组装pH值和NaCl浓度分别为12.0和0.4 mol l<'-1>时，HRP电极的催化电流最大；在组装1-4个Con A/HRP双层时，多层膜电极的响应随着酶的组装层数的增加而提高。实验优化电极制备和分析测定的条件，(Con A/HRP)<,4>电极测定了一系列酚类物质的分析性能，对儿茶酚的线性范围为6.0-48.0 μmol l<'-1>，灵敏度为162.79 nA l μmol<'-1>；生物识别组装构筑的(ConA/HRP)<,4>电极的灵敏度(162.79 nA l μmol<'-1>)优于静电组装构筑的(PAH/HRP)<,5>电极的灵敏度(48.91 nA l μmol<'-1>)。论文研究了生物识别作用组装HRP/GOx双酶多层膜电极，以ConA与HRP和GOx之间的生物识别构筑了HRP/GOx多层膜电极，AFM方法对不同组装层膜的表面形貌、粗糙度和均匀性进行表征分析。优化电极制备和测定条件，(ConA/HRP)<,2>-(Con A/GOx)<,2>双酶多层膜电极测定了酚类和芳香胺物质，对儿茶酚和对苯二胺的线性范围分别为6.0-60.0和7.6-68.4 μmol l<'-1>，灵敏度分别为76.82和131.59 nAl μmol<'-1>；常见葡萄糖和抗坏血酸对测定酚类物质和芳香胺类物质不会产生干扰；由于在电极表面“原位”过氧化氢，降低了过氧化氢对组装酶的抑制作用，提高了HRP/GOx双酶电极的稳定性和重现性。 论文研究了小分子染料耐尔蓝和聚电解质(PSS)预混合并与HRP静电交替组装的多层膜电极，用紫外-可见光谱对PSS-NB/HRP的逐层组装过程进行了表征。研究了PSS-NB溶液中盐度及组装层数的影响，当PSS-NB溶液的盐度为0.3 mol l<'-1>、两个双层(PSS-NB/HRP)修饰电极表面时，该电极对过氧化氢的响应线性范围为0.20-7.03 mmol l<'-1>，灵敏度为8.45μA l mmol<'-1>。该电极测定过氧化氢时，抗坏血酸和葡萄糖等组分无干扰。

目录

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摘要

第一章绪论

第二章层状生物活性膜构筑及其生物传感器

2.1层状生物分子活性膜的制备方法

2.2生物大分子自组装膜的表征技术

2.3生物大分子自组装膜在生物传感器中的应用

参考文献

第三章静电自组装构筑HRP多层膜电极

3.1实验部分

3.2 PAH/HRP多层膜的表面形貌研究

3.3 HRP电极测定酚类物质的机理

3.4组装PAH/HRP多层膜电极

3.5 HRP多层膜电极测试条件的优化

3.6HRP多层膜电极与不同酚类物质的测定

3.7小结

参考文献

第四章生物识别自组装HRP电极

4.1实验部分

4.2伴刀豆球蛋白-糖蛋白生物识别构筑的多层膜

4.3 HRP膜层组装条件对HRP活性的影响

4.4前体膜层组装pH值对HRP活性的影响

4.5前体膜条件对HRP修饰电极的影响

4.6组装HRP多层膜电极及UV-vis表征

4.7生物识别构筑HRP修饰电极测定酚类化合物

4.8小结

参考文献

第五章生物识别自组装HRP/GOx双酶电极

5.1实验部分

5.2 HRP/GOx电极检测酚类和芳香胺类物质的原理

5.3 HRP/GOx多层组装膜的形貌

5.4 HRP/GOx电极体系的测试条件优化

5.5 HRP/GOx修饰电极检测酚类物质

5.6 HRP/GOx修饰电极检测芳香胺类物质

5.7小结

参考文献

第六章预混合PSS-NB构筑HRP无试剂电极

6.1实验部分

6.2 PSS-NB/HRP多层膜的组装

6.3 PSS-NB/HRP多层膜电极

6.4小结

参考文献

第七章总结与展望

附表

附录

致谢