酪氨酸酶电化学生物传感器的制备及性能研究
发布时间：2021-03-19 13:53
邻苯二酚是重要的化工中间体,在化工、食品、制药等方面具有不可忽视的作用。然而,邻苯二酚的大量使用污染了环境、食品,并对人体造成极大伤害。因此,寻找合适的方法检测邻苯二酚在工业生产和环保方面具有重要意义。酪氨酸酶生物传感器可及时地将邻苯二酚的检测信号转化为电信号,从而实现对邻苯二酚的浓度的准确检测。其快速高效、小型化、重复性好和低成本使其成为研究的热点。然而,酪氨酸酶生物传感器仍存在如检测性能不高、稳定性差和难以分析复杂的实际成分等问题,限制了其在实际中的应用。本文基于酪氨酸酶电化学生物传感器的研究现状,制备纳米材料高效固定酪氨酸酶构建生物传感器,实现对邻苯二酚的灵敏检测。主要工作如下:（1）以四氯化铪（Hf Cl4）和硝酸锌为原料,通过水热法制得Hf掺杂氧化锌纳米材料（Hf-Zn O）,并将Hf-Zn O、酪氨酸酶（Tyr）和壳聚糖（CS）修饰在玻碳电极（GCE）上,制得Tyr/Hf-Zn O/CS/GCE生物传感器。通过场发射扫描电镜（FESEM）、动态光散射粒度分析（DLS）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）对Hf-Zn O进行表征测试。采用循...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电化学生物传感器的原理图
第一阶段主要以溶液中的溶解氧为探针实现电子转移，从而实现对底物的检测。第二阶段是通过电子媒介实现（介导）电子转移的酶生物传感器，其主要是通过制备一种介于酶氧化还原活性中心和转化元件之间的电子媒介，通过电子媒介实现电子交换，并根据电子媒介电流的变化来反应电极表面的电子转移情况，从而实现对底物的检测。第三阶段是直接电子转移的酶生物传感器，其无需任何媒介，利用酶的氧化还原活性中心直接在电极表面实现电子转移[24]。目前研究主要以介导的电子转移和直接电子转移的酶促生物传感器为主，其工作原理如下图1-2所示。图1-2介导的电子转移(A)和直接电子转移（B）的酶生物传感器[25]Fig.1-2Mediatedelectrontransfer(A)anddirectelectrontransfer(B)enzymaticbiosensors[25]（3）电化学微生物传感器电化学微生物传感器是一类以微生物作为识别元件的生物传感器。微生物无处不在，成本低，并且能够代谢多种化合物，具有很强的适应性和降解能力。此外，微生物还具
广西大学工程硕士学位论文酪氨酸酶电化学生物传感器的制备及性能研究162-1所示。图2-1Tyr/Hf-ZnO/CS/GCE生物传感器的制备流程示意图Fig.2-1SchemeofthepreparationoftheTyr/Hf-ZnO/CS/GCEbiosensor2.3.5分析表征采用FESEM观察制备材料的形貌，采用XRD分析和表征制备材料，采用XPS观察制备材料的化学成分、表面元素类型和相关的电子结构。2.4实验结果和讨论2.4.1Hf-ZnO复合比例的确定图2-2是不同掺杂比Hf-ZnO材料分别按2.2.4条件固定Tyr制备的生物传感器在1mM邻苯二酚（pH7.0,0.1mol/LPBS）中的CV曲线，可知一系列Tyr/Hf-ZnO/CS/GCE电极的氧化峰电位均在0.5V附近，还原峰电位均在0V附近。其中，3%Hf-ZnO修饰电极的还原峰电流最大，为–13.13μA，比氧化锌材料制备的修饰电极还原峰电流增加了0.93μA，说明3%Hf掺杂能明显提高氧化锌对邻苯二酚的响应能力。此外，当掺杂量高于10%时，Hf-ZnO修饰电极的对邻苯二酚的电流响应值低于氧化锌修饰电极，其可能是较高的Hf4+不能完全取代氧化锌晶格中的Zn2+，导致产生部分的HfO2在ZnO的晶界聚集，降低了ZnO的电导率，从而降低了Tyr/Hf-ZnO/CS/GCE修饰电极的电子转移能力，故选择3%Hf-ZnO为修饰材料进行后述实验[85]。具体的酶催化反应公式步骤如下：catechol+tyrosinase(O2)→o-Quinone+H2O（2-1）O-Quinone+2H++2e–→catechol(atelectrode)（2-2）
【参考文献】：
期刊论文
[1]一步热解法制备多孔碳-纳米金电极用于检测酚类[J]. 陈泇冰,鲁猷栾,黄乐舒,石震,宋新建,郑寅. 精细化工. 2020(04)
[2]基于酪氨酸酶抑制作用的莠去津农药残留电化学快速检测[J]. 韩恩,潘超,曹晓梅,蔡健荣. 食品科技. 2015(05)
[3]基于介孔碳的电化学酪氨酸酶生物传感器法测定水体中的苯酚及高效液相色谱法评价[J]. 吴立冬,刘欢,李晋成,付啸辰,宋怿. 色谱. 2014(12)
[4]离子掺杂氧化锌光催化纳米功能材料的制备及其应用[J]. 殷巧巧,乔儒,童国秀. 化学进展. 2014(10)
[5]基于纳米结构氧化锌的水体酚类污染监测研究[J]. 谷保祥,王喜英,乔明晓,徐春祥,张继伟,曹志林. 传感技术学报. 2014(04)
[6]基于纳米ZnO-壳聚糖-酪氨酸酶生物传感器对邻苯二酚的测定[J]. 韩瑞霞,邱岩岩,艾仕云. 化学传感器. 2010(03)
[7]酶生物传感器中酶的固定化技术[J]. 乔丽娜,周在德,肖丹. 化学研究与应用. 2005(03)
[8]含酚废水处理技术进展[J]. 孙华林. 化工文摘. 2002(11)
硕士论文
[1]基于金纳米颗粒的生物电化学传感器的制备及应用[D]. 李佩.北京交通大学 2018
[2]石墨烯/氧化锌纳米花复合材料的制备及电化学性能研究[D]. 王宝.哈尔滨理工大学 2018
[3]邻苯二酚类有机化合物的氧化降解研究[D]. 康秋红.浙江师范大学 2016
[4]新型酪氨酸酶生物传感器研制[D]. 胡小艳.江南大学 2008
本文编号：3089684
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电化学生物传感器的原理图
第一阶段主要以溶液中的溶解氧为探针实现电子转移，从而实现对底物的检测。第二阶段是通过电子媒介实现（介导）电子转移的酶生物传感器，其主要是通过制备一种介于酶氧化还原活性中心和转化元件之间的电子媒介，通过电子媒介实现电子交换，并根据电子媒介电流的变化来反应电极表面的电子转移情况，从而实现对底物的检测。第三阶段是直接电子转移的酶生物传感器，其无需任何媒介，利用酶的氧化还原活性中心直接在电极表面实现电子转移[24]。目前研究主要以介导的电子转移和直接电子转移的酶促生物传感器为主，其工作原理如下图1-2所示。图1-2介导的电子转移(A)和直接电子转移（B）的酶生物传感器[25]Fig.1-2Mediatedelectrontransfer(A)anddirectelectrontransfer(B)enzymaticbiosensors[25]（3）电化学微生物传感器电化学微生物传感器是一类以微生物作为识别元件的生物传感器。微生物无处不在，成本低，并且能够代谢多种化合物，具有很强的适应性和降解能力。此外，微生物还具
广西大学工程硕士学位论文酪氨酸酶电化学生物传感器的制备及性能研究162-1所示。图2-1Tyr/Hf-ZnO/CS/GCE生物传感器的制备流程示意图Fig.2-1SchemeofthepreparationoftheTyr/Hf-ZnO/CS/GCEbiosensor2.3.5分析表征采用FESEM观察制备材料的形貌，采用XRD分析和表征制备材料，采用XPS观察制备材料的化学成分、表面元素类型和相关的电子结构。2.4实验结果和讨论2.4.1Hf-ZnO复合比例的确定图2-2是不同掺杂比Hf-ZnO材料分别按2.2.4条件固定Tyr制备的生物传感器在1mM邻苯二酚（pH7.0,0.1mol/LPBS）中的CV曲线，可知一系列Tyr/Hf-ZnO/CS/GCE电极的氧化峰电位均在0.5V附近，还原峰电位均在0V附近。其中，3%Hf-ZnO修饰电极的还原峰电流最大，为–13.13μA，比氧化锌材料制备的修饰电极还原峰电流增加了0.93μA，说明3%Hf掺杂能明显提高氧化锌对邻苯二酚的响应能力。此外，当掺杂量高于10%时，Hf-ZnO修饰电极的对邻苯二酚的电流响应值低于氧化锌修饰电极，其可能是较高的Hf4+不能完全取代氧化锌晶格中的Zn2+，导致产生部分的HfO2在ZnO的晶界聚集，降低了ZnO的电导率，从而降低了Tyr/Hf-ZnO/CS/GCE修饰电极的电子转移能力，故选择3%Hf-ZnO为修饰材料进行后述实验[85]。具体的酶催化反应公式步骤如下：catechol+tyrosinase(O2)→o-Quinone+H2O（2-1）O-Quinone+2H++2e–→catechol(atelectrode)（2-2）
【参考文献】：
期刊论文
[1]一步热解法制备多孔碳-纳米金电极用于检测酚类[J]. 陈泇冰,鲁猷栾,黄乐舒,石震,宋新建,郑寅. 精细化工. 2020(04)
[2]基于酪氨酸酶抑制作用的莠去津农药残留电化学快速检测[J]. 韩恩,潘超,曹晓梅,蔡健荣. 食品科技. 2015(05)
[3]基于介孔碳的电化学酪氨酸酶生物传感器法测定水体中的苯酚及高效液相色谱法评价[J]. 吴立冬,刘欢,李晋成,付啸辰,宋怿. 色谱. 2014(12)
[4]离子掺杂氧化锌光催化纳米功能材料的制备及其应用[J]. 殷巧巧,乔儒,童国秀. 化学进展. 2014(10)
[5]基于纳米结构氧化锌的水体酚类污染监测研究[J]. 谷保祥,王喜英,乔明晓,徐春祥,张继伟,曹志林. 传感技术学报. 2014(04)
[6]基于纳米ZnO-壳聚糖-酪氨酸酶生物传感器对邻苯二酚的测定[J]. 韩瑞霞,邱岩岩,艾仕云. 化学传感器. 2010(03)
[7]酶生物传感器中酶的固定化技术[J]. 乔丽娜,周在德,肖丹. 化学研究与应用. 2005(03)
[8]含酚废水处理技术进展[J]. 孙华林. 化工文摘. 2002(11)
硕士论文
[1]基于金纳米颗粒的生物电化学传感器的制备及应用[D]. 李佩.北京交通大学 2018
[2]石墨烯/氧化锌纳米花复合材料的制备及电化学性能研究[D]. 王宝.哈尔滨理工大学 2018
[3]邻苯二酚类有机化合物的氧化降解研究[D]. 康秋红.浙江师范大学 2016
[4]新型酪氨酸酶生物传感器研制[D]. 胡小艳.江南大学 2008
本文编号：3089684
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