基于新型碳納米復合材料構建電致化學發(fā)光酶生物傳感器的研究.pdf

1、電致化學發(fā)光（Electrochemiluminescence，ECL）是在電極表面施加一定的電壓發(fā)生化學反應從而產(chǎn)生一些特殊的電極產(chǎn)物，這些電極產(chǎn)物之間或者電極產(chǎn)物與體系中某組分之間通過電子傳遞形成激發(fā)態(tài)，由激發(fā)態(tài)躍遷返回基態(tài)過程中產(chǎn)生的一種光輻射。它是電化學方法和化學發(fā)光方法相結合形成的一種新型檢測技術，具有靈敏度高、選擇性好、過程易于控制、操作簡單等優(yōu)點。酶生物傳感器是以固定化酶膜為生物識別元件、修飾電極為信號轉換器件，因此其不僅

2、具有酶的分子識別功能和選擇催化功能，還具有電極響應迅速、易于操作等特點。ECL酶生物傳感器將ECL檢測技術與酶的高度專一性和高效催化性融合在一起，具有高靈敏度、高選擇性等特點。
　　隨著納米技術的快速發(fā)展，各種納米材料已被廣泛應用于生物傳感器領域，在表現(xiàn)納米材料各種優(yōu)勢性能（如大的比表面積、獨特的電化學性質、好的生物相容性等）的基礎上為生物傳感器的發(fā)展開辟了廣闊的應用前景并實現(xiàn)了生物傳感器的高靈敏檢測。其中，碳納米管和石墨烯均具有

3、特殊的物理和化學性質，具有良好的導電性和電催化特性，能夠使電子在固定化酶與電極之間進行快速而有效地傳遞。同時，將基于碳納米材料研制的新型納米復合材料應用于酶生物傳感器的構建中可為酶的固定提供良好的微環(huán)境，從而保持酶的生物活性?；谝陨峡紤]，本文研制了基于碳納米材料的新型納米復合材料并構建了一系列靈敏的ECL酶生物傳感器，且性能都較以往的酶生物傳感器有很大程度上的提高。
　　本論文主要研究工作如下:
　　1.基于Hemin功能

4、化多壁碳納米管納米復合材料的電致化學發(fā)光膽固醇生物傳感器
　　該工作結合多壁碳納米管(MWCNTs)對過氧化氫(H2O2)具有電催化氧化活性以及Hemin對H2O2電化學氧化從而增強Luminol-H2O2體系的ECL信號的特性，制備了新型的Hemin-MWCNTs納米復合材料，并將其應用于膽固醇的檢測。首先，合成Hemin-MWCNTs納米復合材料，將其滴涂于預先處理好的裸玻碳電極表面，待電極在室溫下干燥后再在其表面滴涂膽固醇氧

5、化酶并于4℃孵育若干小時即可。由于Hemin-MWCNTs對H2O2有很好的電催化性能，可增強體系的ECL信號。在最優(yōu)實驗條件下，該傳感器的ECL響應與膽固醇濃度在3×107～1.2×10-3 mol·L-1范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關系，檢測限為1×10-7 mol·L-1。此外，該傳感器具有靈敏度高、準確度及穩(wěn)定性好等優(yōu)點。
　　2.基于碳納米管-氧化石墨烯-硫堇-納米金的電致化學發(fā)光膽固醇生物傳感器
　　首先，碳納米管與氧化

6、石墨烯(GO)以質量比為1∶1結合成納米復合物可展現(xiàn)出良好的電催化活性。其次，某些還原劑（如肼）有毒，因此必須控制用量。由于硫堇(Thionine，Thi)結構中有大量氨基以及GO結構中的大量羥基，可作為一些物質（例如氯金酸）的還原劑，還原得到的納米金（AuNPs）對于Luminol-H2O2體系的ECL有極大的增強作用，并且GO作為還原劑還原氯金酸的同時，還可以作為AuNPs的生長模板。基于以上兩點，在未加入其它還原劑的情況下，利用G

7、O和Thi自身的還原性，原位還原氯金酸制備了MWCNTs-GO-Thi-Au納米復合材料，并將該納米復合材料應用于膽固醇的檢測。由于該納米復合材料對Luminol-H2O2體系的ECL信號具有放大作用，使得檢測限大大降低。在最優(yōu)實驗條件下，該傳感器呈現(xiàn)了較寬的線性范圍（0.15～828μmol·L-1）和相對較低的檢測限（50 nmol·L-1）。結合納米復合物以及ECL檢測方法的優(yōu)勢，將本實驗所構建的生物傳感器應用于臨床生物檢測具有巨

8、大的潛在價值。
　　3.基于生物功能化的AMs-ChO生物復合材料的電致化學發(fā)光膽堿生物傳感器
　　由于石墨烯(GR)和AuNPs對于Luminol-H2O2體系的ECL具有極大的促進作用，并且殼聚糖(CS)帶正電荷，可通過靜電作用與帶負電荷的酶或者含酶的生物復合材料結合，因此該工作首先將GO、氯金酸和CS通過電化學還原沉積修飾到電極表面（dpGR-AuNPs-CS）。其次，由于Fe3O4具有過氧化物模擬酶的特性，可催化氧化

9、H2O2成為各種活性氧分子，因為傳統(tǒng)的酶易失活，采用Fe3O4可以很好的避免酶失活的不足。另外，TiO2能增強Luminol-H2O2體系ECL信號，因此制備了帶負電荷的Fe3O4-TiO2-ChO(AMs-ChO)生物復合材料，并能成功固載到帶正電荷的電極表面，構建了一種新型的ECL膽堿生物傳感器。該傳感器顯示出較高的靈敏度，線性范圍是0.003～1120μmol·L-1，檢出限低至1 nmol·L-1。該傳感器具有良好的穩(wěn)定性，選擇