槲皮素和芦丁修饰的电化学生物传感器研究

摘要

本文对槲皮素(Qu)和芦丁(Ru)的分子结构及理化性质、药理活性、聚合物薄膜化学修饰电极的制作方法及生理体系中共存的生物小分子尿酸(UA)、神经递质如肾上腺素(EP)和5-羟色胺(5-HT)的分析检测进展进行了较为详细的综述.在此基础上,首次选用黄酮类分子槲皮素(Qu)和芦丁(Ru)作为修饰剂,在充蜡石墨电极(WGE)上以电化学方法制备了Qu/WGE和Ru/WGE两种新型的生物传感器,采用场发射扫描电镜(FE-SEM)、红外光谱(IR)、紫外一可见光谱(UV-vis)及电化学测试技术等分析技术手段,测试了WGE表面上的修饰产物、表面形貌及其电化学活性等性能,并将所制得的修饰电极成功用于含有UA和AA、EP和AA、5-HT和AA等混合体系的分析检测.通过与未修饰的WEG电极比较,表明Qu修饰膜对UA与AA,Ru修饰膜对EP、5-HT、AA的电氧化反应有明显的电催化作用. 对Qu/WGE的制备条件进行了优化,结果表明:当反应物Qu的浓度为0.5mmolL<'-1>.,磷酸缓冲液PBS的pH为7.0,扫速为20 mV s<'-1>,电势范围为-0.2-1.0 V,扫描圈数为4圈时,为最佳修饰条件.通过循环伏安和交流阻抗等电化学测试方法证明Qu沉积膜荷负电荷,而且具有电化学活性.对Qu在WEG上的沉积机理进行了分析:Qu发生二电子二质子氧化反应,B环上的3',4'-OH转化为o-醌式结构而具有吸电子能力,使B环6'-C位带部分正电荷,从而可能与电极表面阳极化引入的含氧基团发生亲核加成反应,进而键合到电极表面上.采用差分脉冲伏安法,将该电极运用于UA和AA混合体系的检测,结果表明,在500倍浓度的AA存在条件下能够选择性地灵敏检测UA,线性范围为1.0-50μmol L<'-1>(r<'2>=0.995),检测限为1.0 μmol L<'-1>,ΔE<,pUA-AA>=280 mV.初步用于实际尿液样品的检测,得到了理想的测试效果.通过缓冲溶液pH对UA和AA氧化峰电势的影响,说明UA和AA在Qu/WGE上的氧化反应均为两电子两质子的过程,UA经过两电子两质子过程水解生成尿囊素,AA则通过两电子两质子过程氧化为去氢抗坏血酸. 在制备Ru/WGE修饰电极时,通过对恒电势法和循环伏安法得到的沉积膜的FE/SEM图的比较,表明用循环伏安法得到的修饰膜形貌更规整,因此本论文中的电极采用循环伏安法进行修饰.通过对沉积膜的各种表征实验,初步推测出Ru氧化聚合机理.Ru分子B环的o-OH易被氧化成苯氧基,而苯氧基之间或苯氧基与Ru单体都易发生聚合而沉积在电极表面上.在生成沉积膜的同时,一部分Ru单体分子被包埋在沉积膜内,从而使生成的聚合膜保持良好的电化学活性.将Ru/WGE应用于对生物活性分子的检测,取得了另人满意的结果.与WGE相比,在Ru/WGE上神经递质物质5-HT和EP的氧化峰电流大大增加,显示出良好的电催化作用.5-HT和EP在Ru/WGE上的氧化反应遵循的是两电子伴随两质子的过程,在氧化过程中Ru充当了EP和5-HT.氧化的电子媒介体.在0.01mmol L<'-1>AA存在条件下,EP的线性范围为3.0-90 μmol L<'-1?一(γ<'2>=0.995),检测限为1.0 μmolL<'-1>,AEpEp-AA=172 mV;AA和5-HT共存条件下,AE<,ps-HT-AA>=288 mV,AA的线性范围为2.0-60.0 μmol L<'-1>,检测限为1.0 μmolL<'-1>;5-HI、的线性范围为0.3-9.0 μmol L<'-1>,检测限为0.1μmol L<'-1>. 对AA、5-HT和EP在Ru/WGE的反应机理也进行了分析,观察到三者的氧化峰电势皆随着溶液pH的增加而负移,其线性关系的斜率表明它们的氧化反应都遵循的是两电子两质子的过程. 两种电极的制作方法简单,具有较好的稳定性和可再生性.对Qu/WGE来说,3天后,其电流信号下降3﹪,7天后,其电流信号下降5﹪,30天后电流信号下降10﹪;对Ru/WGE而言其电流信号下降5﹪,7天后,其电流信号下降8﹪,30天后电流信号下降15﹪.因此,两种电极对于临床分析和生理学研究都有重要的意义.

目录

文摘

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致谢

第一章综述

1槲皮素和芦丁的结构及物化性质

1.1槲皮素和芦丁的结构

1.2槲皮素和芦丁的一般性质

1.3槲皮素和芦丁的紫外吸收性质

2槲皮素和芦丁的药理活性

2.1抗氧化及清除自由基作用

2.2对内毒素急性肺损伤ALI保护作用

2.3消炎作用

2.4抗癌作用

2.5镇痛作用

2.6降血糖作用

2.7其它药理作用

3聚合物薄膜化学修饰电极

3.1从聚合物出发

3.2单体出发

3.3制备槲皮素和芦丁聚合物电极的可行性

4生物活性分子的检测

4.1尿酸的检测

4.2神经递质物质的检测

5小结

第二章实验部分

1实验药品与耗材

2实验仪器

3实验操作步骤

3.1基底电极的制作及预处理

3.2电极表面的修饰

3.3对生物分子的分析检测实验

4本章小结

第三章槲皮素修饰的生物传感器对尿酸和抗坏血酸的安培检测

1引言

2结果与讨论

2.1 WGE的活化

2.2 Qu修饰电极(Qu/WGE)修饰条件的优化

2.3 Qu沉积膜的表征

2.4 Qu在WGE上的修饰机理

2.5 Qu沉积膜对UA和AA的电催化作用

2.6 Qu/WGE选择性测定UA的分析应用

2.7电极性能的检验

3本章小结

第四章芦丁修饰的生物传感器对抗坏血酸、肾上腺素和5-羟色胺的安培检测

1引言

2结果与讨论

2.1 Ru在WGE电极表面的修饰

2.2 Ru聚合膜的表征

2.3 Ru/WGE在AA存在下选择性测定EP和5-HT

2.4电极稳定性的检验

3本章小结

第五章全文总结

参考文献

研究生期间发表的论文