几种新型酶生物传感器的构建及其生物传感应用

发布时间：2017-08-03 10:06

  本文关键词：几种新型酶生物传感器的构建及其生物传感应用

  更多相关文章： 安培酶电极 酪氨酸酶 葡萄糖氧化酶 纳米复合材料 酶氧化聚合 酶抑制分析

【摘要】：生物传感器由生物活性材料(酶、核酸、抗体/抗原等)与各类物理化学传感转换技术有机结合而组成,用于各种化学物质的分析和检测。近年来,安培酶生物传感器的研究一直很活跃,而开发各种新型复合材料以实现酶分子的高效高活性固定作为成为该领域的研究前沿之一。本学位论文简要综述了的电化学生物传感器的原理、制备及其应用,并结合酪氨酸酶催化氧化和多种纳米复合材料的优异性能,基于研发新型复合材料构建新型高效酶生物传感器并将其应用于酶反应底物及酶抑制剂开展了系列创新性工作。主要工作如下:(1)首次研究了聚多巴-酪氨酸酶复合物(PDM-Tyr)的简易制备及其在酪氨酸酶底物(苯酚及其酚类复合物)和酪氨酸酶抑制剂(阿特拉津)传感中的应用。利用酪氨酸酶(Tyr)催化聚合左旋多巴(L-DOPA)实现酶催化酶的反应底物的聚合,同时利用酶反应聚合物原位包埋酶,获得聚多巴-酪氨酸酶(PDM-Tyr)复合物,用UV-vis和SEM对该复合物的形成过程及形貌进行了表征,同时将该酶复合材料滴干于金电极表面并用Nafion进一步加固构建了一种新型高性能生物传感器。实验结果表明该传感器能够实现对苯酚、对氯苯酚、对甲酚及邻苯二酚的高灵敏度、低检测限和较宽线性范围的检测。其中对10 nM~1.25μM范围内的苯酚呈线性响应关系,响应灵敏度高达5122μA mM-1(72.5 mA mM-1 cm-2),检测下限可达5 nM,该灵敏度相比大多数同类传感器报道值增加了几个数量级。我们测定所制备的传感器米氏常数(KMapp)为3.13?M,表明所固定酶对底物结合能力强,催化活性好。同时,基于阿特拉津对酪氨酸酶的抑制作用,该传感器也可实现对阿特拉津的快速灵敏检测,线性响应范围为50 ppb~30 ppm,检测下限低至10 ppb。同时,该传感器稳定性好、准确度高、灵敏度好、制备简便,有望在生物科技和表面涂层等众多领域得到广泛应用。(2)利用聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)能够促进MWCNTs的分散、能还原HAuCl4和能提高所得Au纳米粒子(AuNPs)的稳定性等性质,一步合成新型纳米复合材料PDDA-MWCNTs-AuNPs。用SEM和TEM对该复合物进行了表征。同时,我们将该复合材料滴干在金电极表面,并通过吸附酪氨酸酶和葡萄糖氧化酶构建了能够同时对两种酶反应底物和酶抑制剂进行高性能传感的传感器。所得Tyr/PDDA-MWCNTs-AuNPs/Au电极对苯酚传感性能优异,在10 ppb~2.35 ppm线性范围内检测灵敏度高达10922μA mM-1(154.6 mA mM-1 cm-2),检测下限低至5 ppb。同时,该传感器可实现对抑制剂阿特拉津的微量检测,检测下限低至10 ppb。所得GOx/PDDA-MWCNTs-AuNPs/Au电极在0.05?M~5.0 mM线性范围内对葡萄糖响应灵敏度为81.8?A mM-1 cm-2,对GOx抑制剂Ag+检测下限低至2.0 nM。实验结果表明我们制备的PDDA-MWCNTs-AuNPs复合材料性能优异,在生物传感应用方面有望得到广泛应用。(3)结合Co、N掺杂的3D石墨网(Co-N-GNWs)和金属纳米材料的优点,将Co-N-GNWs分散于DMF溶液中,利用硼氢化钠还原氯金酸成功制取Co-N-GNWs-Au NPs复合材料。取1 mg mL-1Co-N-GNWs-AuNPs分散液5?L滴于GCE电极表面自然风干后得到Co-N-GNWs-AuNPs/GCE电极。为了比较,我们同时制备了Co-N-GNWs/GCE电极,并将其置于含1.0 mM氯金酸的0.10 M H2SO4水溶液中,采用多电位阶跃法电沉积制得Aued/Co-N-GNWs/GCE电极。将葡萄糖氧化酶(GOx)滴干在该电极表面并用0.1%CS加固酶膜后用于高灵敏度葡萄糖传感。所制酶电极对葡萄糖的检测灵敏度高,选择性好。该法简便、省时、高效。
【关键词】：安培酶电极 酪氨酸酶 葡萄糖氧化酶 纳米复合材料 酶氧化聚合 酶抑制分析
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.1;TP212
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 安培酶电极13-17
• 1.1.1 概述13-14
• 1.1.2 酪氨酸酶生物传感器及其应用14-15
• 1.1.3 葡萄糖氧化酶生物传感器及其应用15-17
• 1.2 纳米材料在酶电极中的作用17-19
• 1.2.1 碳纳米管17-18
• 1.2.2 贵金属-碳纳米管复合物18
• 1.2.3 三维石墨网18-19
• 1.3 本文构思19-21
• 第二章 利用酶催化聚合法实现酶反应底物原位包埋酶构建高性能酶传感器并用于高效传感21-31
• 2.1 引言21-22
• 2.2 实验部分22-24
• 2.2.1 仪器与试剂22-23
• 2.2.2 实验步骤23-24
• 2.3 结果与讨论24-30
• 2.3.1 酪氨酸酶催化聚合L-DOPA及其表征24-26
• 2.3.2 酪氨酸酶安培传感器的优化及其对酚类物质的传感检测26-28
• 2.3.3 酶电极对抑制剂（阿特拉津）的传感28-29
• 2.3.4 稳定性和重复性考察29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 基于多壁碳纳米管和聚二甲基二烯丙基氯化铵合成纳米金修饰的Au电极及其传感应用31-43
• 3.1 引言31-32
• 3.2 实验部分32-34
• 3.2.1 仪器和试剂32-33
• 3.2.2 PDDA-MWCNTs-Au NPs复合材料的合成33
• 3.2.3 几种电极的制备33-34
• 3.3 结果与讨论34-42
• 3.3.1 材料的合成及特性34-35
• 3.3.2 修饰电极的形貌特征35-37
• 3.3.3 酪氨酸酶传感器的优化及其传感应用37-40
• 3.3.4 Tyr/PDDA-MWCNTs-AuNPs/Au电极的重现性和稳定性40-41
• 3.3.5 葡萄糖氧化酶传感器的制备及其传感应用41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 新型三维石墨烯纳米复合材料修饰酶传感器的构建及其传感应用43-50
• 4.1 引言43-44
• 4.2 实验部分44-46
• 4.2.1 仪器和试剂44
• 4.2.2 Co-N-GNWs -AuNPs复合材料的合成44-45
• 4.2.3 电极的修饰45-46
• 4.3 结果与讨论46-49
• 4.3.1 酶电极的表征46-47
• 4.3.2 影响酶电极性能的因素47-48
• 4.3.3 CS/GOx/Co-N-GNWs-AuNPs/GCE电极生物传感性能48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 结论与展望50-52
• 参考文献52-66
• 硕士期间发表的相关论文66-67
• 致谢67

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