基于电子导线介导的葡萄糖氧化酶生物传感器的研制

发布时间：2017-08-30 17:25

  本文关键词：基于电子导线介导的葡萄糖氧化酶生物传感器的研制

  更多相关文章： 直接电子传递 葡萄糖氧化酶 碳纳米管 3-氨丙基三乙氧基硅Nafion

【摘要】：糖尿病是世界范围的公共健康问题,该病的病因是由于患者体内代谢紊乱所导致的胰岛素分泌障碍,引起高血糖症,准确的测定血液中葡萄糖的含量是控制病情的重要手段。人体正常生理条件下的血糖浓度为80-120 mg/d L(4.4-6.6m M),糖尿病患者体内的血糖浓度通常会过高或者是过低于正常生理血糖范围。由糖尿病引发的并发症很多,包括风险较高的心脏疾病,肾功能衰竭,或失明。因此,治疗糖尿病的过程中,需要对血糖浓度进行定期的检测,达到预防治疗的目的。基于葡萄糖氧化酶的电流式酶电极,在进行简单易用的血糖检测中起着重要的作用,与此同时,在连续监测血糖方面,该电极将扮演着同样重要的角色。葡萄糖氧化酶是一个同型二聚体酶,该酶的氧化还原中心黄素腺嘌呤二核苷酸深埋于酶的内部[1-4],使其无法与电极表面直接沟通,因此,电化学葡萄糖氧化酶生物传感器的发展所面临的挑战是选取适当的化学试剂充当电子介体,连接葡萄糖氧化酶的活性中心与电极表面,将反应后产生的电子直接传递至电极表面。到目前为止,已经报道的关于葡萄糖氧化酶的直接电子传递主要是利用特定的物质充当电子导线如金纳米颗粒[5,6],碳纳米管[7-9],石墨烯[10-13]和聚合物薄膜[14]等,以及特定的化学试剂充当电子导线[15],实现酶活性中心与电极表面的直接电子传递。但是采用上述方法制备的葡萄糖氧化酶生物传感器依然存在很多缺陷,比如修饰至电极表面的葡萄糖氧化酶在检测的过程中容易缺失,容易受到外界物质的干扰,制备好的酶电极不易贮存,同一支电极在重复检测方面误差较大。基于上述缺点本实验的目的在于选择合适高效的试剂或者是材料来制备葡萄糖氧化酶生物传感器,研究了酶传感器的响应灵敏度,线性范围等,并且比较了不同方法制备的葡萄糖氧化酶电极的性能。主要研究内容如下:(1)利用N,N-二甲基甲酰胺分散多壁碳纳米管,将分散后的多壁碳纳米管溶液滴加在玻碳电极表面,干透后形成纳米复合薄膜,以该复合物薄膜作为玻碳电极的修饰材料来固定葡萄糖氧化酶。多壁碳纳米管特殊的结构性质不仅保持了葡萄糖氧化酶的活性而且促进了酶与电极表面的直接电子传递。用戊二醛为交联剂,2,5-二羟基苯甲醛作为分子导线在修饰了多壁碳纳米管的玻碳电极表面上固定葡萄糖氧化酶,制备成了完整的葡萄糖氧化酶传感器。制备好的酶电极在检测葡萄糖方面性能较好,其线性范围在0.1~1.2mmol·L-1,信噪比S/N=3时,检出限为0.2mmol/L,灵敏度高而且重现性好。(2)成功构建了一种基于3-氨丙基三乙氧基硅烷充当电子介体,戊二醛作为交联剂固定葡萄糖氧化酶制备的酶电极。3-氨丙基三乙氧基硅烷通常被用做表面修饰剂或者是分散剂参与反应,在反应过程中,戊二醛与葡萄糖氧化酶以共价结合的方式形成网状结构,起到了固定葡萄糖氧化酶的作用。同时,3-氨丙基三乙氧基硅烷分子表面的氨基与戊二醛发生席夫碱反应,一方面能够缓解由于戊二醛浓度过高造成的酶结构改变,另一方面3-氨丙基三乙氧基硅烷充当着电子介体的作用,连接电极表面和酶分子的活性中心,反应后产生的电子通过3-氨丙基三乙氧基硅烷转移至电极表面,实现了直接电子传递。结果表明玻碳电极上修饰的3-氨丙基三乙氧基硅烷?戊二醛?葡萄糖氧化酶混合液能很好的保持葡萄糖氧化酶的活性,并显著促进了其电化学行为。通过时间电流计时法,在0.01mol/L的磷酸缓冲液中,检测到该酶电极催化电流与葡萄糖浓度在1.0~13.0 mmol·L-1范围内呈线性关系,线性回归方程为:y=-0.00343 x+0.05061,相关系数为0.99914,信噪比S/N=3时,检出限为0.2mmol/L。由此可见,该电极具有较低的检出限,理论上已经达到检测正常生理水平下血糖浓度的标准。
【关键词】：直接电子传递 葡萄糖氧化酶 碳纳米管 3-氨丙基三乙氧基硅Nafion
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R587.1;TP212.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-25
• 1.1 生物传感器11-16
• 1.1.1 生物传感器的工作原理和分类11-12
• 1.1.2 酶生物传感器12-16
• 1.2 葡萄糖氧化酶生物传感器16-23
• 1.2.1 葡萄糖氧化酶16-17
• 1.2.2 葡萄糖氧化酶生物传感器17-20
• 1.2.3 纳米材料在葡萄糖氧化酶生物传感器的应用20-23
• 1.2.4 3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）在葡萄糖氧化酶生物传感器的应用23
• 1.3 本课题的研究目的意义及主要内容23-25
• 1.3.1 研究的目的意义23-24
• 1.3.2 研究主要内容24-25
• 第2章 基于多壁碳纳米管修饰的葡萄糖氧化酶传感器25-38
• 2.1 引言25
• 2.2 实验部分25-29
• 2.2.1 主要仪器与试剂25-27
• 2.2.2 制备酶电极27-28
• 2.2.3 电化学测试方法28-29
• 2.3 结果与讨论29-37
• 2.3.1 葡萄糖氧化酶生物传感器性质研究29-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第3章 基于APTES修饰的葡萄糖氧化酶传感器38-56
• 3.1 前言38-39
• 3.2 实验部分39-42
• 3.2.1 主要仪器与试剂39-40
• 3.2.2 酶电极的制备40-41
• 3.2.3 电化学测试方法41-42
• 3.3 结果与讨论42-55
• 3.3.1 修饰电极条件优化42-45
• 3.3.2 葡萄糖氧化酶生物传感器性质研究45-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第4章 结论56-59
• 参考文献59-64
• 致谢64-65

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘名才;马宝波;周森龙;尹济群;常广洲;胡淑珍;蔡广铭;;国产葡萄糖氧化酶的临床应用[J];河北医药;1988年04期

2 谢岩生;熊振平;史炳照;;牛血清白蛋白修饰葡萄糖氧化酶及其性质研究[J];中国医药工业杂志;1990年07期

3 王文阳,董少娴,凌光鑫,李岩,桂现红;葡萄糖氧化酶血糖测定药盒的试用[J];湛江医学院学报;1993年Z1期

4 马明福;γ照射模型中的葡萄糖氧化酶[J];国外医学.生物医学工程分册;1993年02期

5 杨惠英,李弘毅,刘建忠,鲁统部,计亮年;黑曲霉中提取葡萄糖氧化酶的探索 Ⅰ.葡萄糖氧化酶合成及其性质[J];中山大学学报(自然科学版);1998年05期

6 刘泽民,贺伯明,吉鑫松,袁中一,李慧贤;固定化葡萄糖氧化酶电极的研究[J];临床检验杂志;1985年02期

7 楼淑芬,魏兵;血浆葡萄糖测定——改良葡萄糖氧化酶法的探讨[J];第三军医大学学报;1987年03期

8 鲁统部，杨惠英，，计亮年;葡萄糖氧化酶的提纯方法[J];中国医药工业杂志;1996年04期

9 倪星忠,衣静艳;血糖GOD-POD测定法的专一性探讨[J];临床检验杂志;1985年01期

10 陈咨熊,俞晔,曹瑾,苏宗贤;葡萄糖氧化酶固相酶电极在血液葡萄糖测定中的应用[J];上海医学检验杂志;1990年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 肖志方;伍林;易德莲;秦晓蓉;杨春琪;;酶的固定化研究综述——兼述葡萄糖氧化酶的研究和应用[A];湖北省化学化工学会第十一届分析化学专业年会论文集[C];2007年

2 王旭东;辛玲玲;陈海玲;陈曦;;葡萄糖氧化酶有机改性溶胶-凝胶包埋及传感测定[A];第四届海峡两岸分析化学学术会议论文集[C];2006年

3 张茜;康劲翮;陈清西;石艳;;金属离子和修饰剂对葡萄糖氧化酶活力的影响[A];华东六省一市生物化学与分子生物学会2008年学术交流会论文摘要汇编[C];2008年

4 赵政;陈庭春;朱泉;朱利民;;棉织物葡萄糖氧化酶低温活化漂白[A];“源明杯”第九届全国染整前处理学术研讨会论文集[C];2012年

5 雷湘南;沈微;樊游;李玉;王正祥;路福平;;产葡萄糖氧化酶细菌的筛选和鉴定[A];第五届全国微生物资源学术暨国家微生物资源平台运行服务研讨会论文摘要集[C];2013年

6 宿婷婷;于志辉;夏定国;;葡萄糖氧化酶在无定形磷酸锆上的固定及其电化学性能[A];第十二届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集[C];2012年

7 彭勇;刘又年;;基于丙烯酰化包覆葡萄糖氧化酶的电化学传感器研究[A];中国化学会第27届学术年会第09分会场摘要集[C];2010年

8 贾英民;田益玲;李慧静;于宏伟;韩璞;;面粉中添加葡萄糖氧化酶后巯基变化的研究[A];中国食品科学技术学会第五届年会暨第四届东西方食品业高层论坛论文摘要集[C];2007年

9 吴秀明;孟玲;蔡称心;;室温离子液体对葡萄糖氧化酶催化氧化葡萄糖的影响[A];中国化学会第26届学术年会新能源与能源化学分会场论文集[C];2008年

10 杝文章;杝文_e;岕

本文编号：760636