纳米复合光学生物敏感材料的制备与性能

论文摘要

光纤传感技术是材料、信息、生命、化学、物理等多学科交叉的研究领域,其中光学敏感材料研究对于光纤传感技术的发展起着决定性的影响。高性能光纤生物传感材料的制备是研制高性能光纤生物传感器的关键技术之一,而光纤生物传感敏感材料必须具备对待测物质优异的敏感性能、高度的选择性、较快的响应速度和较长的使用寿命等特点。对葡萄糖的检测在临床诊断（特别是糖尿病）、基础医学研究及食品工业等领域中十分重要,目前采用的检测方法主要有仪器分析和电化学传感器,存在检测过程复杂、响应慢、成本高等缺点。光纤葡萄糖传感器具有检测精度高、响应快、操作简单、成本低等优点,是检测葡萄糖的有效手段,其研究具有重要的意义。本文制备了二氧化硅（Si02）纳米粒子并在其表面引入氨基,用来固定葡萄糖氧化酶,并将固定化酶与荧光指示剂复合,制备出同时具有催化及光敏特性的纳米复合生物传感材料。设计和构建了基于酶催化及荧光猝灭的光纤葡萄糖传感器,并初步研究了传感器性能。本论文的主要工作分为以下几个方面：（1）采用Stober水解法制备粒径均一大小为100nm左右的SiO2纳米粒子,并通过扫描电镜对其形貌进行表征。利用硅烷化试剂3-氨基丙基三已氧硅烷（APTES）及偶联剂戊二醛（GA）对SiO2纳米粒子表面进行改性,引入氨基,以固定葡萄糖氧化酶（GOD）。研究了硅烷化试剂APTES浓度、GA的浓度、最佳给酶量、酶固定化过程中的pH值等因素对固定化酶活性的影响。（2）研究和对比了固定化酶和游离酶的储存稳定性,热稳定性及操作稳定性。研究表明,固定化酶具有优良的储存稳定性,热稳定性及操作稳定性。（3）采用溶胶-凝胶法制备同时具有固定化酶及荧光指示剂钌（Ⅱ）-联吡啶（Ru（bpy）3Cl2）的复合敏感膜,并设计和构建了基于酶催化及荧光猝灭的光纤葡萄糖传感器,利用锁相放大检测技术,研究了传感器性能。研究表明,该传感器检测葡萄糖溶液的浓度范围为100mg/dL～500mg/dL,响应时间35s,同时具有较好的线性检测关系。（4）制备一种新型的同时含有GOD和荧光指示剂Ru（bpy）3Cl2的SiO2荧光纳米复合粒子,初步研究其性能。为研制新型纳米复合光学生物敏感材料打下基础。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 光纤传感敏感材料
• 1.1.1 无机光学敏感材料
• 1.1.2 有机光学敏感材料
• 1.1.3 有机-无机纳米复合材料
• 1.2 光纤生物传感器简介
• 1.2.1 光纤生物传感器的原理和分类
• 1.2.2 光纤生物传感器的特点
• 1.2.3 光纤生物传感器的应用
• 1.3 光纤葡萄糖传感器
• 1.3.1 检测葡萄糖的意义
• 1.3.2 光纤葡萄糖传感器的市场前景
• 1.4 选题的意义与主要研究内容
• 1.4.1 选题的意义
• 1.4.2 课题的来源及主要研究内容
• 2纳米粒子固定化酶的制备与性能研究'>第2章 SiO₂纳米粒子固定化酶的制备与性能研究
• 2.1 相关背景
• 2纳米粒子简介'>2.1.1 SiO₂纳米粒子简介
• 2.1.2 固定化酶的方法及特点
• 2.1.3 葡萄糖氧化酶简介
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂及仪器
• 2纳米粒子制备'>2.2.2 SiO₂纳米粒子制备
• 2纳米粒子表面修饰以及酶固定'>2.2.3 SiO₂纳米粒子表面修饰以及酶固定
• 2.2.4 固定化酶酶活的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 纳米粒子制备的影响因素
• 2纳米粒子固定葡萄糖氧化酶的最优化条件'>2.3.2 SiO₂纳米粒子固定葡萄糖氧化酶的最优化条件
• 2.3.3 固定化GOD的使用pH值及催化温度
• 2.3.4 固定化GOD的稳定性
• 2.4 本章小结
• 第3章 葡萄糖光学复合敏感膜的制备及性能
• 3.1 溶胶-凝胶法及其特点
• 3.2 传感器的检测原理
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 试剂与仪器
• 3.3.2 葡萄糖光学复合敏感膜的制备
• 3.3.3 光纤葡萄糖传感系统的构建
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 制备葡萄糖光学复合敏感膜的影响因素
• 3.4.2 光纤葡萄糖传感器的标准曲线
• 3.4.3 响应时间和重复性
• 3.5 本章小结
• 2荧光纳米复合粒子的制备与稳定性'>第4章 SiO₂荧光纳米复合粒子的制备与稳定性
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 试剂与仪器
• 2纳米粒子的制备及表征'>4.1.2 荧光SiO₂纳米粒子的制备及表征
• 2荧光纳米粒子的表面氨基化及GOD固定'>4.1.3 SiO₂荧光纳米粒子的表面氨基化及GOD固定
• 2荧光纳米复合粒子酶活测定'>4.1.4 SiO₂荧光纳米复合粒子酶活测定
• 4.2 结果与讨论
• 2荧光纳米粒子荧光光谱分析'>4.2.1 SiO₂荧光纳米粒子荧光光谱分析
• 2荧光纳米粒子红外图谱分析'>4.2.2 SiO₂荧光纳米粒子红外图谱分析
• 2荧光纳米粒子的影响因素'>4.2.3 制备SiO₂荧光纳米粒子的影响因素
• 2荧光纳米复合粒子的稳定性'>4.2.4 SiO₂荧光纳米复合粒子的稳定性
• 4.3 本章小结
• 第5章 总结及展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录:攻读硕士学位期间发表论文目录