金属氧化物模拟酶在生物传感器中的应用研究

发布时间：2019-08-27 11:59

【摘要】：随着生物技术的不断发展,生物传感器受到越来越多研究者的关注。作为生物化学非常重要的检测工具,生物传感器在基础研究、食品分析、临床医学与诊断、环境安全检测、过程控制与检测等领域具有广泛的应用前景。目前,使用较多的是酶生物传感器,基本原理是将酶作为传感器敏感基元,测试出与检测目标物浓度成比例关系的某些物理、化学参数等可测信号,从而实现对目标底物的定量分析,具有响应快、灵敏度高、使用简捷等优点。酶生物传感器中的酶具有活性高、特异性强等显著优点,但对环境的依赖性很强,在高温、强酸碱等条件下易失活,这使得酶生物传感器存在稳定性差、寿命短等缺点。随着对纳米材料研究的不断深入,研究人员发现某些稀土、过渡金属氧化物纳米材料具有酶的活性。相比较于天然的生物酶,它们具有制备简单、稳定性强、成本低等优点,可以替代酶用作生物传感器敏感基元,这些研究为新型生物传感器的研制带来了机遇。我们制备了CeO_2、MnO_2、Co_3O_4及其复合型氧化物纳米颗粒,发现它们具有类似于氧化酶的催化活性,并实现了金属氧化物模拟酶在生物传感器中的应用,取得了如下成果:1.基于CeO_2具有氧化酶的特性,我们设计了一种新型的过氧化氢和葡萄糖检测体系,即Ce(OH)CO_3·H_2O/H_2O_2/TMB反应体系。在该反应体系中,当H_2O_2和TMB溶液加入到Ce(OH)CO_3·H_2O粉末中,在弱酸性条件下发生显色反应,并且颜色深度随H_2O_2浓度的变化而产生规律性变化,实现了H_2O_2的比色法测试,检测的线性响应浓度范围在在0-80μM,检测限为0.3μM,相对标准误差低于5.1%。该体系作适当修改后也可用于葡萄糖的比色法测试,检测的线性响应浓度范围在0-140μM,检测限为0.4μM,相对标准误差低于5%。2.采用氧化还原法制备了Ce-Mn、Co-Mn复合型氧化物纳米颗粒。在以TMB、OPD等作为底物的比色法检测实验中,我们发现这两种材料都具有氧化酶的催化活性,并且能够在微酸性条件下工作而不失活,工作的温度范围宽,重复利用性较高,可用于研制新型稳定的生物传感器。同时,这些氧化物可高效地催化TMB、AzBTS、DOPA等有机物的氧化反应,可用于环境中污染物的降解。3.金属氧化物及其复合型氧化物催化TMB、Rh640等底物而产生颜色变化的本质是进行了氧化还原反应,即电子转移。我们将制备的复合型氧化物材料滴涂在玻碳电极上作为生物传感器电极,进行了循环伏安曲线测试。结果表明金属氧化物模拟酶在反应过程中充当了电子转移的媒介,即有效地加速了电子转移。因此,这些材料用于生物传感器上,可以大大地提高生物传感器的检测灵敏度。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP212.3

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本文编号：2529754