基于纳米通道酶传感器的葡萄糖检测

发布时间：2020-04-15 17:55

【摘要】：固态纳米通道因结构多孔、孔径可调、表面积大、易于修饰等优点在检测分析中被广泛研究,基于通道孔径变化产生信号是主要途径之一,高效且简便地调控通道孔径变化的新技术是当前研究前沿和挑战。酶具有高催化活性,但纳米通道内酶催化的研究和应用鲜有报道。本文以阳极氧化铝纳米通道(anodic aluminum oxide,AAO)作为检测平台,以葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOx)和辣根过氧化物酶(horse radish peroxidase,HRP)作为模型酶,探索了酶在纳米通道中的催化性能,并基于酶催化产生有机聚合物和无机纳米粒子,获得了酶在纳米限域空间的催化特性,最终开发成葡萄糖检测方法。主要研究内容、研究结果和结论如下:1、酶催化诱导纳米通道内聚合物生长及酶动力学研究采用酶催化诱导纳米通道孔径变化进而引起通道电流信号改变来构建酶分析方法。通过干燥方法将HRP固定在纳米通道内,HRP催化H202氧化邻苯二胺(o-phenylenediamine,o-PD)聚合并堵塞纳米通道,从而降低通道离子电流,藉此进行HRP催化效果分析。基于HRP高效催化活性,离子电流下降可达到初始值的99.6%,并进一步评估纳米限域空间内的酶催化动力学。通过比较游离和吸附在表面酶的催化反应,发现HRP催化H2O2具有类似的表观动力学常数Km值,而底物o-PD由于位阻和扩散抑制使酶催化呈现出较高的Km值。2、基于纳米通道内双酶催化聚合物生长的葡萄糖检测研究利用酶催化诱导纳米通道内聚合物沉积开发葡萄糖检测方法。将GOx和HRP同时固定在纳米通道内,加入葡萄糖后,GOx催化葡萄糖产生H2O2,然后HRP催化o-PD聚合并沉积,堵塞纳米通道导致电流降低。基于此,开发HRP催化聚合物生长检测H2O2和GOx/HRP双酶催化聚合物生长检测葡萄糖的方法。该方法对H2O2和葡萄糖的线性检测范围(linear detection range,LDR)分别是2-20 mM 和 8-20 mM,检测限(limit of detection,LOD)分别为 0.15 mM 和 4.36 mM。3、基于酶-催化-诱导制备无机纳米粒子的比色法检测葡萄糖以酶-催化-诱导制备普鲁士蓝纳米粒子(prussian blue nanoparticles,PBNPs)作为比色探针,开发比色传感法检测白葡萄酒中的葡萄糖。将葡萄糖加入到GOx、FeC13和K3Fe(CN)6溶液中,10分钟内即可获得由酶催化诱导PBNPs生成而导致的颜色变化。发现该方法在有氧和无氧状态下均产生PBNPs,而无氧状态是主要途径。在最优条件下,该方法对葡萄糖的LDR为4-500 μM,LOD为3.29 μM。该比色方法具有快速、简单、灵敏度高、选择性好的优点。4、基于纳米通道内酶-催化-诱导制备无机纳米粒子的葡萄糖检测研究结合以上研究结果,开发纳米通道内酶-催化-诱导制备无机纳米粒子的葡萄糖检测方法。加入葡萄糖后,修饰在纳米通道上的GOx催化FeCI3和K3Fe(CN)6反应,在AAO表面和通道中生成PBNPs颗粒,电流明显降低。该方法对葡萄糖的LDR为12-30mM,LOD为11.60mM,为检测葡萄糖提供了新思路。
【图文】：

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【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TP212

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本文编号：2628818