基于纳米材料生物传感器的研究

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1、摘蔓珠予鳓求丰于料的生物传感器靛疆究基于纳米材料的生物传感器的研究摘要续寒耱瓣蠢“2l毽纪鑫煮{l{f途戆兹秘”静美磐。当臻蒺懿蘩橡零元小裂纳米量级时，会产生特异的表面效成、宏观量子隧道效应和量子尺寸效应，嚣电学、磁学、光学和化学性质也相应的发生显著的变化，嫩现出常规材料不县备的优越性能。电化学过程与电极材料的袭面积有关，而当物理量小到纳米级时，表面积有数量级魏变化，会带来毒才辩瞧戆上豹变化，化学瞧缝出现薪静趋囱。掰隧如果将纳米孝辛辩修馋在电极静表露，纂予其尺寸效应等姆经，电极呈瑶表露魄催纯作用，降低底物过电位，使可能的干扰及背景降至最小，可以用于许多微蹩的生物活体

2、样品的分析。生物传感器是在生物，化学，物理，医学，电子技术等多种学科相互渗透的基蘧上袋长悲袋懿，买畜选择靛嵩，分辑速凄浃，掇{筝篱擎帮仪器价辏低滚等特点，而且可以在线甚至活体分析，因此引起了世界备园的极大关注。我们对纳米世界最感兴趣之处是制造与生物器官有类似尺寸和复杂程度的传感器，因此纳米材料的介入为传感器的发展提供了无穷的想象空问，可以广泛地应用于敏感分子数固定、猿号豹捡溅彝救丈。生物体内活性物质的分丰斥蒂鞋捻测，对获取生命过程中的化学与生裙信崽、了解生物分予的结构与功能的关系、阐释生命活动的机理以及疾病的诊断都具有重要的意义。随着生命科学研究的不断发展，人们对生

3、物体的研究也由器官、组织达到了细黢、攀分子层次，我们遗切需要在更加微观的尺度上愿位、溪体实时地获取秘关生物纯学信怠。诲多健绫静、翥蕊翦生物分耩化学方法与手敬嚣稳极大的挑战，解决这个问题的一个途径就是把化学生物传感器更加微型化。本论文工作拟主要集中在电分析化学中最活跃的研究领域——基于新型纳米材料电化学传感器的研制：将新型纳米材料——导电高分子纳米材料、壳核纳岽复合秘耱等；

4、入皇魏簧感器，邋过采矮毫诧学穆譬纂、模叛会残等技术手段对鬟冬米材料避行功能化设计，将蛋白质、酶等生物分予嫁接刭其表面，进丽鼷开生物分子识别的研究，以期建立高灵敏度、高选择性、高稳定性的生物分子检测

5、手段，研究丌发新型的基于纳米材料的生物传感器，并将其应用于实际生物样品(如血摘要基于纳米材判的生物传感器的研究清，尿样等)的检测，为生命科学及其相关领域的研究提供新的分析方法，努力实现将纳米技术、电分析化学和生命科学三者的结合。围绕这一课题，本论文丌展了以下几个方面的工作：一、基于Au@Si02核／壳结构纳米复合材料修饰的葡萄糖生物传感器的研究金溶胶由于其比表面积大、表面活性中心多、表面反应活性好、催化效率高以及吸附能力强等特点，已经成为应用最为广泛的金属纳米微粒材料，在酶的固定、生物分子的识别以及传感界面的构筑等方面都得到了广泛的应用。二氧化硅具有多孔性、无毒性、

6、化学惰性、热稳定性以及良好的生物降解性和生物兼容性。同时，由于二氧化硅带有亲水基团，在水溶液中具有良好的分散性，因此用其包裹金属纳米微粒，可以制得具有良好生物兼容性及分散性的壳核结构复合纳米材料。本文利用Si02包埋纳米Au溶胶，实现了对Au溶胶的表面剪裁，制备了Au@Si02核．壳结构的纳米复合材料。我们选择葡萄糖氧化酶作为模型分子，考察了Au@si02复合纳米微粒对葡萄糖氧化酶的固定。研究发现Au@si02核．壳结构的纳米复合材料很好地保持了葡萄糖氧化酶的生物活性，从而有效地提高了传感器的灵敏度和使用寿命，是一种很有发展前途的葡萄糖电化学传感器。二、聚苯胺掺金纳

7、米复合材料修饰电极的制备及其应用于葡萄糖检测的研究作为传感器，需要提供较大的比表面积和特殊的表面性质来加快电子的传递和提高电流的响应，纳米结构的聚苯胺(纳米线，纳米管，纳米纤维)提供了这种可能。金属离子尤其是一些贵金属的纳米粒子，由于在非线性光学交换、免疫分析标记、拉曼光谱增强以及电化学催化等方面所表现出的优异性能已经成为构筑新型生物传感器的重要材料。因此，纳米级金属粒子与导电高聚物的复合逐渐成为近几年的研究热点。本文利用化学聚合，把H20z既做氧化剂又做还原剂，制备了纳米线结构的聚苯胺掺金复合材料，将其修饰于电极上对H202表现出很好的氧化催化，用戊二醛和牛血清白

8、蛋白交联葡萄糖氧化酶成功实现了葡萄糖氧化酶的固定。结果表明，该纳米复合材料对葡萄糖氧化酶具有很好的生物兼容性，且传感器在lo×10～～8．O×10～mol／L的浓度范围内葡萄糖浓度与氧化电流呈良好的线性关系，摘要基于纳米利料的生物传感器的研究相关系数为0．9991，检测限为5．0×10～mol／L，可应用于人体血清中葡萄糖含量的测定。三、模板法合成普鲁士蓝纳米阵列及其应用于葡萄糖传感器的研究自从c．R．Martin研究小组利用多孔膜作为模板制各纳米材料以来，采用模板法合成纳米管、纳米线的研究引起了人们的高度关注。普鲁士蓝(PB)膜修饰电极具有优良的电化学可逆性、