新型纳米复合材料电化学过氧化氢酶传感器的研究

【摘要】准确快速的检测过氧化氢在环境、工业、生物、食品检测和临床诊断等领域都有非常重要的意义,因为过氧化物不仅是许多氧化还原酶的催化产物,而且在环境、工业、生物、食品和临床诊断分析中也是必不可少的中间物质。其传统的检测方法包括滴定分析法、荧光法、高效液相色谱法、比色法、分光光度法、化学发光法和电化法等。其中,电化学酶传感器由于操作简单,选择性好和灵敏度高等优点被广泛应用于过氧化氢的定性和定量分析。本论文基于多壁碳纳米管(MWCNT)、石墨烯(GR)和纳米金(AuNPs)这三类纳米材料构建了三种不同的辣根过氧化物酶(HRP)电化学传感器,因为纳米材料的特殊性能,研制的这三种HRP电化学传感器都能进行直接电子传递,具有良好的电化学传感性能。具体如下：1、海藻酸钠(SA)具有良好的生物相容性,多壁碳纳米管(MWCNT)能促进酶蛋白在电极表面进行直接电子传递的效率,加上海藻酸钠能很好的分散碳纳米管。基于以上性质,本文通过运用共价键合的方式将HRP固定在SA-MWCNT修饰电极表面,构建了过氧化氢酶传感器,并对其进行电化学分析检测。结果表明,HRP能进行有效的直接电子传递,通过计算可得,其直接电子转移速率常数Ks=0.621±0.0581s-1进一步的实验表明,该传感器具有较小的米氏常数Km=1.874mM,对H202的检测线性范围为2.0×10-4-2.2×10-3M,检测下限为6.6×10-6M(S/N=3)。2、通过将生物相容性良好的海藻酸钠-石墨烯(SA-GR)复合膜固定到电极表面,然后再通过酰胺键将HRP固定在SA-GR复合膜上,从而制备出了性能良好的过氧化氢电化学酶传感器。HRP在PBS缓冲液中,能发生一个准可逆的反应,这说明SA-GR复合材料能促进HRP直接电子转移,并具有很好的生物相容性。该HRP电化学传感器灵敏度较高、重现性好,并且响应速度快(3s),米氏常数较低(%,=0.663),H2O2的检测线性范围为1.0×10-4～1.2×10-3M,检测下限为5.7×10-6M(S/N=3)。3、由于纳米金(AuNPs)具有良好的生物相容性,并且对蛋白质有吸附作用,基于纳米金的这些性质构建了一种新型的过氧化氢传感器。首先把生物相容性良好的复合膜SA-MWCNT固定到电极表面,再在SA-MWCNT修饰的电极表面固定纳米金颗粒,通过吸附作用将HRP固定在AuNPs-SA-MWCNT复合膜上,从而制备出了性能良好的过氧化氢电化学生物传感器。此传感器灵敏度较高、重现性较好,具有较低的米氏常数(Km,=0.288),对H2O2的检测线性范围为1.0×10-4～0.8×10-3M,检测下限为2.96×10-5M(S/N=3)。
【作者】田锐；
【导师】吴朝阳；
【作者基本信息】湖南大学，分析化学，2013，硕士
【关键词】海藻酸钠；碳纳米管；石墨烯；纳米金；辣根过氧化物酶；

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