大分子胶体多级组装构建生物传感涂层及性能研究
发布时间：2021-03-28 01:58
生物传感器是一种可以有效地将微观的生物化学反应信号以可视化、可量化的形式进行输出的高效生物电子器件,从而为人们的决策提供可靠的数据依据。生物传感器具有制备简单、特异性强、灵敏性高、响应速度快、便携化且易于集成化等优点,从而在生物医疗、环境监测、食品安全等方面表现出广阔的应用前景。一般而言,生物传感器以生物活性物质（如酶、抗体、微生物、细胞、组织、核酸等）作为分子识别基元（MRE）,而MRE在传感电极表面的有效固定化是生物传感器构筑过程中的关键。借助于载体材料可以实现MRE的有效固定,作为生物传感界面的一部分,载体材料的结构和性质对传感界面的分子识别反应、识别信号的传输都有着巨大的影响。其中,聚合物材料不仅可以改善传感电极的表面性质实现MRE的固定,还可以维持界面微环境的相对稳定以保持这些识别基元的生物活性,因此成为MRE在传感界面固定化的理想载体。然而,以聚合物作为载体材料构筑生物传感界面仍存在着一定缺陷:（1）非共价键固定作用力较弱,识别基元易于从聚合物基质中渗漏,长期稳定性较差;（2）共价键固定虽能增强MRE与载体的结合力,其操作过程复杂以致MRE的固定效率不高;（3）聚合物与MR...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：180 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生物传感器工作原理图[2]
第一章绪论3等，并且能在复杂样品中进行检测。自1962年Clark和Lyons[3]最先提出了生物传感器的设想以来，电化学生物传感器的发展主要经历了三个阶段（如图1-3所示）[4]。图1-3三代电化学生物传感器的示意图[4]Fig.1-3Schematicdiagramofthreegenerationsofelectrochemicalbiosensors.（1）第一代电化学生物传感器第一代电化学传感器以1962年提出的酶电极设想为基础：通过测定反应体系中一些电活性物质的产生或者消耗来间接确定待测样品中目标识别成分的含量。这些传感器以一些天然底物（如CO2、O2等）作为电子传递的媒介体，以实现酶与电极之间的电子传输。1967年，Updike和Hicks[5]在铂电极上将葡萄糖氧化酶固定于聚丙烯酰胺膜表面，实现了对血清中的葡萄糖含量的定量检测，从而开启了第一代生物传感器发展的大门。Karyakin等[6]开发了基于普鲁士蓝修饰电极的第一代电流葡萄糖生物传感器，将葡萄糖氧化酶固定到具有Nafion层的普鲁士蓝修饰电极，在氧气的存在下，通过电氧化和电还原检测到的H2O2间接确定葡萄糖浓度。Carelli等[7]制备了基于聚吡咯膜修饰金电极的第一代电流型乙醇生物传感器，其通过戊二醛与牛血清白蛋白共交联而固定乙醇氧化酶，并通过电化学预处理对电极进行适当的调节，从而消除了电极结垢和电极表面直接醇氧化引起的干扰，因此该生物传感器表现出高灵敏度、良好的稳定性，且不受电活性干扰物影响。但是，这类传感器容易受到环境因素的影响，因为天然底物（如CO2、O2等）容易受温度、pH值、气压等影响，干扰传感器的检测，且背景噪音大，这些局限性都影响其发展使用。（2）第二代电化学生物传感器第二代生物传感器是在第一代传感器的基础上引入电子媒介体，以实现酶促反应的氧化还原中心与电极之间
第一章绪论5图1-4酶的固定化方法[14]Fig.1-4Methodsofenzymeimmobilization.（1）吸附法：利用多孔固体载体或空间网络结构通过空穴吸附、静电作用或配位作用将酶或含酶细胞吸附在其表面或内部孔穴中而使酶固定的方法。Urabe等[15]将血红蛋白（Hb）引入的介孔二氧化硅的孔中，通过物理吸附作用固定在其中。Hb在介孔二氧化硅中保留了高度有序的结构，且Hb耐热能力得到了提升。Tully等[16]用带电的埃洛石纳米管静电吸附进行各种不同酶的固定，纳米管具有约15nm的官腔，酶被吸附固定在管腔中，固定的脂肪酶在酸性环境下稳定性增强，固定的葡萄糖氧化酶在70℃的高温下仍然保持部分活性。该方法优点是酶蛋白的活性中心不易受破坏，酶的高级结构基本不发生变化，酶不容易变异失活，且载体成本低，适用范围广。但具有酶与载体结合不牢、易脱落的缺陷。（2）包埋法：将酶包埋固定在聚合物凝胶的空间网状结构中的方法即为包埋法。Bhushan等[17]将脂肪酶与海藻酸钠溶液混合，加入CaCl2溶液，得到包埋有脂肪酶的海藻酸钙颗粒，固定化后的酶颗粒在循环使用10次后没有任何活性损失。Wu等[18]通过热聚合制备聚（丙烯酰胺-亚甲基双丙烯酰胺）（P（AAm-co-MBA）），再用乙二胺戊二醛活化，用以包埋胰蛋白酶制备了固定化酶反应器。包埋法不与酶生成化学键，很少改变酶的空间构象，孔径和几何形状可控，包埋的酶不易渗漏，缺点是大分子底物难以渗透进入与酶反应。（3）共价键合法：通过共价反应将酶与载体材料相连接实现酶固定化的方法称为共价键合法。Ye等[19]通过静电纺丝工艺制备了纳米纤维聚（丙烯腈-马来酸）（PANCMA），在催化条件下将脂肪酶共价固定在纳米纤维构成的膜表面。纳米纤维膜上的酶负载量为21.2±0.7mgg-1，得到的脂肪酶固定?
本文编号：3104660
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：180 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生物传感器工作原理图[2]
第一章绪论3等，并且能在复杂样品中进行检测。自1962年Clark和Lyons[3]最先提出了生物传感器的设想以来，电化学生物传感器的发展主要经历了三个阶段（如图1-3所示）[4]。图1-3三代电化学生物传感器的示意图[4]Fig.1-3Schematicdiagramofthreegenerationsofelectrochemicalbiosensors.（1）第一代电化学生物传感器第一代电化学传感器以1962年提出的酶电极设想为基础：通过测定反应体系中一些电活性物质的产生或者消耗来间接确定待测样品中目标识别成分的含量。这些传感器以一些天然底物（如CO2、O2等）作为电子传递的媒介体，以实现酶与电极之间的电子传输。1967年，Updike和Hicks[5]在铂电极上将葡萄糖氧化酶固定于聚丙烯酰胺膜表面，实现了对血清中的葡萄糖含量的定量检测，从而开启了第一代生物传感器发展的大门。Karyakin等[6]开发了基于普鲁士蓝修饰电极的第一代电流葡萄糖生物传感器，将葡萄糖氧化酶固定到具有Nafion层的普鲁士蓝修饰电极，在氧气的存在下，通过电氧化和电还原检测到的H2O2间接确定葡萄糖浓度。Carelli等[7]制备了基于聚吡咯膜修饰金电极的第一代电流型乙醇生物传感器，其通过戊二醛与牛血清白蛋白共交联而固定乙醇氧化酶，并通过电化学预处理对电极进行适当的调节，从而消除了电极结垢和电极表面直接醇氧化引起的干扰，因此该生物传感器表现出高灵敏度、良好的稳定性，且不受电活性干扰物影响。但是，这类传感器容易受到环境因素的影响，因为天然底物（如CO2、O2等）容易受温度、pH值、气压等影响，干扰传感器的检测，且背景噪音大，这些局限性都影响其发展使用。（2）第二代电化学生物传感器第二代生物传感器是在第一代传感器的基础上引入电子媒介体，以实现酶促反应的氧化还原中心与电极之间
第一章绪论5图1-4酶的固定化方法[14]Fig.1-4Methodsofenzymeimmobilization.（1）吸附法：利用多孔固体载体或空间网络结构通过空穴吸附、静电作用或配位作用将酶或含酶细胞吸附在其表面或内部孔穴中而使酶固定的方法。Urabe等[15]将血红蛋白（Hb）引入的介孔二氧化硅的孔中，通过物理吸附作用固定在其中。Hb在介孔二氧化硅中保留了高度有序的结构，且Hb耐热能力得到了提升。Tully等[16]用带电的埃洛石纳米管静电吸附进行各种不同酶的固定，纳米管具有约15nm的官腔，酶被吸附固定在管腔中，固定的脂肪酶在酸性环境下稳定性增强，固定的葡萄糖氧化酶在70℃的高温下仍然保持部分活性。该方法优点是酶蛋白的活性中心不易受破坏，酶的高级结构基本不发生变化，酶不容易变异失活，且载体成本低，适用范围广。但具有酶与载体结合不牢、易脱落的缺陷。（2）包埋法：将酶包埋固定在聚合物凝胶的空间网状结构中的方法即为包埋法。Bhushan等[17]将脂肪酶与海藻酸钠溶液混合，加入CaCl2溶液，得到包埋有脂肪酶的海藻酸钙颗粒，固定化后的酶颗粒在循环使用10次后没有任何活性损失。Wu等[18]通过热聚合制备聚（丙烯酰胺-亚甲基双丙烯酰胺）（P（AAm-co-MBA）），再用乙二胺戊二醛活化，用以包埋胰蛋白酶制备了固定化酶反应器。包埋法不与酶生成化学键，很少改变酶的空间构象，孔径和几何形状可控，包埋的酶不易渗漏，缺点是大分子底物难以渗透进入与酶反应。（3）共价键合法：通过共价反应将酶与载体材料相连接实现酶固定化的方法称为共价键合法。Ye等[19]通过静电纺丝工艺制备了纳米纤维聚（丙烯腈-马来酸）（PANCMA），在催化条件下将脂肪酶共价固定在纳米纤维构成的膜表面。纳米纤维膜上的酶负载量为21.2±0.7mgg-1，得到的脂肪酶固定?
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