【摘要】：电化学生物传感器是电化学分析方法与生物传感技术相结合发展的产物,由于具有操作性强、选择性好、灵敏度高、响应快、检测成本低等优势,在工农业生产、临床医学和环境监测等诸多领域受到广泛关注。纳米材料因其具有大的比表面积、强的吸附性能、高效的电化学活性、优异的生物相容性和良好的稳定性,在电化学生物传感领域中发挥重要作用。纳米界面的构建为电化学生物传感技术的发展开辟了广阔天地。本论文将电化学生物传感技术与新型纳米材料修饰电极相结合,研制出了多种具有响应速度快、灵敏度高、检测限低、稳定性和重现性好的电化学生物传感器。论文主要包括以下内容:1.用Nafion将辣根过氧化物酶(HRP)和四氧化三钴-石墨烯(Co_3O_4-GR)复合材料固定在用1-己基吡啶六氟磷酸盐(HPPF6)修饰的碳糊电极表面,制备了Nafion/HRP/Co_3O_4-GR/CILE。光谱研究表明复合膜中的HRP能保持其天然构象。循环伏安法研究显示出现一对峰形良好的且准可逆的氧化还原峰,说明在修饰电极上HRP的直接电化学得以实现,而且Co_3O_4-GR复合材料的存在加快了蛋白质与基底电极之间的电子传递速率。Nafion/HRP/Co_3O_4-GR/CILE对三氯乙酸(TCA)和亚硝酸钠(NaNO2)均表现出良好的电催化还原能力,具有较宽的线性范围和较低的检测限,而且修饰电极具有长期的稳定性和良好的重现性。2.利用直接滴涂法依次将纳米二硫化钼(MoS_2)、辣根过氧化物酶(HRP)以及Nafion涂布于1-己基吡啶六氟磷酸盐(HPPF6)修饰碳糊电极表面,制备出Nafion/HRP/MoS_2/CILE。光谱实验表明HRP在复合膜内保持了其基本结构,没有发生变性。电化学实验显示在循环伏安图中出现一对峰形良好的且准可逆的氧化还原峰,为HRP Fe(II)/Fe(III)电对的特征峰。根据实验数据求解出相应的电化学参数如电子传递系数(α)为0.51,反应速率常数(ks)为1.65 s-1。修饰电极Nafion/HRP/MoS_2/CILE对三氯乙酸(TCA)有良好的电催化效果,检测限为0.67mmol/L(3σ)。3.采用离子液体修饰碳糊电极为基底电极,研究了羧基化石墨烯(G-COOH)对肌红蛋白(Mb)的直接电化学反应的影响。将羧基化石墨烯和Mb的混合溶液滴涂于CILE表面,用Nafion固定制得Nafion/Mb-G-COOH/CILE。电化学研究观察到一对峰形良好的准可逆氧化还原峰,式电位(E0')为-0.231V。实验结果显示Mb在复合膜内保持了其生物活性,而且电极反应为表面控制过程,反应速率常数(ks)为1.33 s-1。Nafion/Mb-G-COOH/CILE对三氯乙酸(TCA)表现出优异的电催化性能,较宽的动态范围(5.0-57.0 mmol/L),较低的检测限(1.0 mmol/L),求解出表观米氏常数(KMapp)为1.30 mmol/L。4.构建了一种基于纳米金颗粒(AuNPs)和壳聚糖(CTS)-石墨烯(GR)复合膜修饰的离子液体碳糊电极(CILE)的电化学DNA传感器,并将其应用于金黄色葡萄球菌nuc特征基因片段的测定。首先通过电化学沉积的方法在CILE表面沉积AuNPs,然后采用滴涂法在其表面修饰壳聚糖-石墨烯(CTS-GR)复合膜,再利用静电吸附作用将探针ssDNA序列固定在CTS-GR/AuNPs/CILE表面即可制得电化学DNA传感界面,与目标ssDNA序列杂交后以亚甲基蓝(MB)为指示剂对杂交反应进行检测。采用差分脉冲伏安法(DPV)可对1.0×10-13~1.0×10-6mol/L浓度范围的金黄色葡萄球菌nuc基因序列进行检测,检测限为3.33×10-14 mol/L(3σ)。该传感器具有优异的选择性,能够识别单碱基和三碱基错配序列,并利用所构建的电化学DNA传感器成功检测了金黄色葡萄球菌nuc基因的PCR扩增产物。5.制备了一种以纳米金颗粒(AuNPs)和部分还原氧化石墨烯(partial reduction graphene oxide,p-RGO)修饰的离子液体碳糊电极(CILE)为基体电极,检测单增李斯特氏菌特征hly序列的电化学DNA传感器。采用电化学沉积法将AuNPs固定在基体电极CILE表面,再通过控制电化学还原条件在AuNPs/CILE的表面修饰p-RGO,氨基修饰的探针ssDNA与p-RGO表面剩余的羧基发生共价结合反应形成酰胺键,将探针ssDNA固定在电极表面。固定在电极表面的探针ssDNA能够与目标ssDNA序列进行有效地杂交,使用亚甲基蓝(MB)为杂交指示剂并通过差分脉冲伏安法(DPV)对杂交反应进行检测。所构建的电化学DNA传感器对李斯特氏菌hly基因序列进行检测,可得到较宽的线性范围(1.0×10-13~1.0×10-6mol/L)和较低的检测限(3.17×10-14mol/L)。该传感器具有很好的稳定性和选择性,能够识别单碱基和三碱基错配序列。利用此方法成功对李斯特氏菌hly基因序列的PCR扩增产物进行了检测,表明该传感器可应用于对实际样品的研究和检测。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O657.1
【参考文献】
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