介孔硅分子筛2fpva复合膜固定化漆酶电极的分析

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1、第一章绪论1．1酶电极生物传感器Il】是指用固定化的生物体成分(如：酶、抗原、抗体、激素等)或生物体本身(如细胞、细胞器、组织等)作为分子识别元件，对被分析物具有高度选择性的分析仪器。生物传感器研究和开发的目的是向社会提供采用生物传感器原理的新仪器和分析控制方法。生物传感器是一门由生物、化学、物理、医学、电子、材料技术等多种学科相互渗透成长起来的新学科，这种交叉学科在理论上和技术上均有许多新的问题要进行探索和开发，在应用上有极为宽广的领域可以进行开拓。生物传感器中研究得最多的为电化学生物传感器，曾经达

2、到过70％，现在的比例仍在30％，占据生物传感器研究的主导地位【2】。酶电极是电化学生物传感器研究中最重要的一部分。因而，研究高性能的酶电极对电化学生物传感器的发展具有重要意义。酶电极是第一代生物传感器，它是以酶作为分子识别器件的电化学生物传感器，由一个固定化的酶敏感膜和与之密切结合的电极组成的换能系统，它把固定化酶和电极结合在一起，因而具有独特的优点：(1)它既有不溶性酶体系的优点，又具有电化学系统的高灵敏性；(2)由于酶的专属反应性，使其具有很高的选择性，能够直接在复杂试样中进行测剧3

3、。根据换能

4、器的不同酶电极可分为电流型和电位型两类。1．1．1电流型酶电极电流型酶电极是指酶促反应产生的物质在电极上发生氧化或还原反应产生的电流信号，在一定条件下，与被测物质浓度呈线性关系。用氧化酶制备的大多为电流型。其基础电极主要是采用氧电极、金属电极、碳材料电极等。它的发展主要包括三个阶段，其区别见图1．1【21．第一章绪论’申[困底物产物图1．1酶电极的三个发展阶段(依次为第一代、第二代、第三代)Fig．1一IThreedevelopmentperiodofenzymemodifiedelectrode(t

5、hefirst，thesecondandthethird,respectively)1．1．1．1经典酶电极第一代酶电极是1962年Cark[4]首先提出的，它建立在氧还原基础上，以葡萄糖氧化酶(GOD)催化葡萄糖为例，它的感应器是含有葡萄糖氧化酶的膜，转换器是氧电极。当传感器插入待测溶液中时，溶液中的溶解氧和待测底物葡萄糖将同时渗入到感应器膜。葡萄糖遇到酶，并有氧存在时便立即催化氧化为葡萄糖酸内酯，同时消化氧气而产生过氧化氢。这时转换器氧电极即测出氧的还原电流的下降，从下降的幅度，可以求出葡萄糖的浓

6、度。1．1．1．2介体酶电极第二代酶电极为介体型酶电极[5-101，它是利用人为加入电子媒介体来解决传递电子的问题。介体型酶电极增加了化学修饰层，其目的是为了扩大基体电极检测化学物质的范围，同时也提高了测定的灵敏度。对介体最基本的要求是有低的氧化还原电势和高的电化学反应速率并且反应可逆，通常可用直流循环伏安法(directcurrentcyclicvoltammetry)来考察介体的电化学性质。媒介体按作用的机理可分为两大类：一是含有过渡金属元素的化合物或配合物，通过过渡金属的价态变化来传递电子，如二

7、茂铁及其衍生物、钌和锇等金属的配合物、铁氰酸盐等；二是含有特殊官能团的分子，通过其结构的变化来传递电子，如醌及其衍生物、有机染料、四硫富瓦烯、有机导电盐等。但是媒介体的加入也有其不足和缺点如媒介体的流失、生物相容性以及生物中毒等问题会导致酶电极的性能有所下降。1．1．1．3直接电化学酶电极第三代酶电极为直接电化学酶电极(directenzymeelectrode，DET)或直接2蘑鬣一第一章绪论电化学生物传感器。其特点表现为酶分子直接吸附固定到电极表面，是酶的氧化还原活性中心与电极直接“交流”，能够更

8、快地进行电子传递，从而使酶电极的响应速度更快、灵敏度更高，成为真正“无试剂分析”，以本论文研究的漆酶电极为例，其电催化工作原理如下：醮中。讯，者。熟，电极上。熟，寺。德，嚣c军需体，由于漆酶固定在电极上，当底物进入酶膜发生反应，产生的电子传递过程便通过电极转换成了响应电流，而响应电流与底物浓度之间又存在线性关系，从而可以检测底物的量。与第一代和第二代酶电极相比，直接电化学酶电极既不需要氧分子，也不需要化学介质分子作为电子传递体，通常也不需要固定化载体，并且，在介体酶电极中，介体有时会介导非特异性电子传

9、递，而直接电化学酶电极电化学过程中的电子传递直接在电极和酶的氧化还原中心之间发生，不需要介体，降低了系统非特异性反应倾向【2J。但是酶通常具有较大的分子量，酶分子的电活性中心深埋在分子的内部，且在电极表面吸附后易发生变形甚至失活，所以酶与电极间难以直接进行电子转移【7J。然而，蛋白质直接电化学研究在生物电化学中具有重要地位，对于蛋白质结构．功能研究、蛋白质电子传递过程的热力学和动力学研究都有着重要意义，而且是研制第三代电化学生物传感器的基础【111。因此