论文摘要
电化学酶生物传感器是一种将电化学分析方法与酶生物技术相结合的生物传感器,其既拥有酶的专一催化性,又具备生物传感器灵敏、快速、操作简便的优点,已在过氧化氢、尿酸、葡萄糖、胆固醇、有机磷等物质的检测方面显示出广阔的应用前景。在这些检测物质中,过氧化氢作为许多高选择性氧化酶的催化反应产物和食品、药物、环境分析中的重要成份,对其进行灵敏而精确的测定具有重要的意义;而随着人们生活水平的提高,越来越多的人患有动脉粥样硬化、心脑血管等疾病,这主要是由于日常饮食中胆固醇摄入过多而引起的。因此,对食品和血液中的胆固醇进行测定,以指导人们合理搭配饮食,调节胆固醇平衡,保持身体健康具有十分重要的现实意义。基于此,本文分别以过氧化氢和胆固醇为目标检测物构建电化学酶生物传感器,以期将它们用于实际样品的分析检测中。在电化学酶生物传感器的制备过程中,能否有效的固定各种生物氧化酶,最大化的保持其生物活性和稳定性是制备的关键步骤,其将直接影响酶生物传感器的稳定性、灵敏度和选择性。因此,选择适宜的固载材料和固定方法就非常重要。基于此,本文从新型纳米复合材料的研制以及其用于酶蛋白的固定和固酶方法等方面开展了以下几点探索和研究。本文主要分为以下几个部分：第一章综述简要概述了生物传感器与电化学酶生物传感器；详细介绍了了电化学酶生物传感器的基本原理和发展历程；着重评述了酶传感界面的固定化技术以及多种纳米材料在生物传感器方面的应用；详细介绍了生物传感器的应用及发展趋势。第二章利用静电吸附作用,将辣根过氧化物酶（HRP）固定于带正电的纳米金和L-半胱氨酸修饰的金电极表面,制得用于检测过氧化氢的无电子媒介体的电流型生物传感器。首先制得了不同粒径的带正电荷的纳米金,并通过透射电镜（TMF）和微量电泳技术对不同粒径正电荷纳米金的粒径和带电量进行了表征。方法的新颖性在于制得了不同粒径的带正电荷的纳米金并用其有效的吸附辣根过氧化物酶,从而构建过氧化氢生物传感器。带正电荷的纳米金提供了吸附生物大分子适宜的微环境,降低了电子传递的阻抗,实现了辣根过氧化物酶的直接电化学行为。与带负电荷的纳米金相比,带正电荷的纳米金能固载更多的辣根过氧化物酶,对过氧化氢的还原起到更好的催化作用。通过交流阻抗技术、原子力显微镜技术和计时电流法考察了电极表面的电化学特性,并对影响传感器性能的相关因素进行了研究。第三章构建了以氨基核壳型磁性纳米粒子为载体固定血红蛋白的核壳型磁性纳米粒子体系,并用来制备碳糊修饰电极（CPE）以测定过氧化氢的含量。氨基核壳型磁性纳米粒子已被证明是一种有效的血红蛋白固定材料。核壳型磁性纳米粒子体系是由血红蛋白和复合氨基核壳型磁性纳米粒子（NH2-SiO2-CoFe2O4）以纳米金（AuNPs）为桥梁构建。采用电化学交流阻抗,循环伏安法和计时电流法考察了电极表面的电化学特性,并对影响传感器性能的相关因素进行了研究。第四章采用自组装法将胆固醇氧化酶固定在铂钯-壳聚糖-石墨烯（PtPd-CS-GS）复合纳米材料修饰的玻碳电极表面,制成一种新型的高灵敏的电化学传感器,实现了低电位下对胆固醇的检测。通过扫描电镜（SEM）和电化学方法对电沉积法形成的PtPd-CS-GS复合纳米材料进行微观结构分析和电化学行为研究。结果表明：PtPd-CS-GS复合纳米材料不仅能够促进电子在胆固醇氧化酶与电极表面之间的传递,还能提高胆固醇氧化酶的固载量。在最佳实验条件下,胆固醇浓度在2.2×10-6-5.2×10-4mol·L-1范围内与其峰电流的增量呈良好的线性关系,检出限为0.75μmol·L-1（S/N=3）。响应时间低于7s,米氏常数为0.11mmol·L-1。此外,该传感器灵敏度高,重现性好,性能稳定,且对胆固醇的选择性好,可以避免样品中抗坏血酸（AA）、尿酸（UA）和葡萄糖的干扰。第五章首先制备了二氧化钛-石墨烯-铂钯（TGPHs）复合纳米材料,并以其为集成传感平台制备胆固醇传感器。二氧化钛-石墨烯-铂钯复合纳米材料可以增大传感器的比表面积和加快电子传递。其次,纳米金（AuNPS）和胆固醇氧化酶（ChOx）被成功的自组装到二氧化钛-石墨烯-铂钯复合纳米材料表面,并很好的保持了其生物活性。基于二氧化钛-石墨烯-铂钯复合纳米材料和纳米金优良的催化性能,制得的胆固醇传感器对胆固醇的线性范围为5.0×10-8-5.9×10-4mol·L-1,检测限为0.017μmol·L-1（S/N=3）,表观米氏常数为0.21mmol·L-1。制得的传感器可用于鸡蛋、肉、人造奶油和鱼油等食品样品的检测,为食品中胆固醇的质量控制提供了良好的应用前景。