基于多孔电极的神经递质相关酶电化学生物传感器研究

摘要

电化学生物传感器是指由生物材料作为敏感元件,电极作为转换元件,以电势、电流或电容为特征检测信号的生物传感器。基于本课题组创新性提出的多孔电极制备思路,本论文在构建敏感元件-酶电化学生物传感器过程中,对以聚苯乙烯微球为模版的纳米多孔工作电极进行了制备及条件优化和探讨;对酶的固定进行了研究并优化了实验条件及系统探讨了所制备的以多孔电极为转换原件的酶生物传感器对检测谷氨酸神经递质和碘化硫代乙酰胆碱的电化学性能。主要研究内容如下:　　1.β-环糊精介导聚苯乙烯微球的制备及表征。用β-环糊精为稳定剂,以苯乙烯为原料、过硫酸钾为引发剂,采用无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯微球。结果表明,通过优化稳定剂用量、单体浓度及引发剂用量,可得到粒径可精确调控的聚苯乙烯微球。　　2.纳米多孔类碳糊电极的制备及其电化学行为。将石墨粉、聚苯乙烯纳米微球、吡咯按一定比例混合调成糊状,填入到玻璃管内,在管中央插入铜线,压紧后,催化诱导其聚合并进行抽提,即得纳米多孔类碳糊电极。通过实验条件优化,可得出当聚苯乙烯微球与石墨粉的质量比为2:1,聚苯乙烯微球为小粒径时,此纳米多孔类碳糊电极的比表面积大,可达332.09m2/g;较传统碳糊电极的电性能好,灵敏度高,电流强度大,稳定性好,使用寿命长,在电化学检测与分析方面有着重要意义。　　3.纳米多孔谷氨酸酶电化学传感器的构建及电化学行为。以自制纳米多孔电极为工作电极,将谷氨酸氧化酶、过氧化氢酶、牛血清白蛋白混合于磷酸缓冲液(PB溶液)中,再通过戊二醛交联,即得到新型的谷氨酸酶传感器,实验结果表明,相对纯碳糊电极,该传感器的比表面积大,灵敏度高,电流强度大,特异性强,稳定性和重现性好,且制作简单,使用方便,污染小。在5×10-7M~1×10-5M范围内,该传感器的响应电流值与谷氨酸浓度成线性关系,其线性方程为y=2.09x-1.55,线性相关系数R=0.995,检出限为2.5×10-7M(S/N=3)。　　4.纳米多孔乙酰胆碱酶电化学传感器的构建及其电化学行为。将乙酰胆碱酯酶等固定在自制的纳米多孔电极上,并以此电极为工作电极,构建了新型乙酰胆碱酶传感器,并研究了以碘化硫代乙酰胆碱为底物在该电极上的电化学行为。实验结果表明,与纯碳糊电极比较,该传感器的比表面积大、灵敏度高、电流强度大、特异性强、稳定性和重现性好,且制作简单,使用方便,污染小。在5×10-6M~2×10-4M范围内,该传感器的响应电流值与ATChI的浓度成线性关系,其线性方程为y=0.59x+9.92,线性相关系数R=0.991,检出限为1.5×10-7M(S/N=3)。　　5.纳米多孔谷氨酸-乙酰胆碱酶电化学传感器的构建及其电化学行为。采用2支在相同条件下制得的电极为工作电极,将谷氨酸氧化酶和乙酰胆碱酯酶各固定在其中一支上,再以饱和甘汞电极为参比电极,铂电极为对电极,形成四电极体系,构建了一个新型的谷氨酸-乙酰胆碱酶传感器组合。实验结果表明,该传感器组合可同时检测谷氨酸和碘化硫代乙酰胆碱等底物,相互之间无影响,也无干扰。预期可利用这一思路构建多孔多功能电化学传感器阵列。

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第一章 绪论

1.1 主要神经递质及相关酶的简介

1.2 酶传感器制备方法简介

1.3 电化学分析方法

1.4 神经递质谷氨酸酶微传感器实例

1.5 神经递质乙酰胆碱酶微传感器实例

1.6 神经递质相关酶微传感器在临床及生物医药方面的应用

1.7 本论文的研究意义、创新点和研究内容

第二章β-环糊精介导聚苯乙烯微球的制备及表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 纳米多孔类碳糊电极的制备及其电化学行为

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 纳米多孔谷氨酸酶电化学传感器的构建及其电化学行为

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 纳米多孔乙酰胆碱酶电化学传感器的构建及其电化学行为

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 纳米多孔谷氨酸-乙酰胆碱酶电化学传感器的构建及其电化学行为

6.1 引言

6.2 实验部分

6.3 结果与讨论

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢