电活性介孔碳的合成及构建漆酶生物传感器的研究

论文摘要

本文基于研制新的固定化酶材料,合成的电活性有序介孔碳,既具有电活性,保证酶生物传感器的氧化还原活性,又具有纳米孔道,有利于酶的固定和保持酶生物传感器的生物物质活性,进而提高传感器的性能。漆酶（Lac）生物传感器具有简便、高灵敏性、响应速度快的特点和广阔的应用前景,因此,选择漆酶固定在电活性有序介孔碳修饰的金电极上构建成漆酶生物传感器,用于研究污水中邻苯二酚的测定,为环境监测提供新思路。以有机交联水性环氧树脂网络为碳源,SBA-15为模板,采用硬模板法合成了具有电活性的新型有序介孔碳（NOMC）。紫外分析,表明介孔碳中含有大量的π电子。透射电镜分析,表明其具有典型的二维有序六角介孔结构,孔径大约为3nm。循环伏安测试表明,NOMC修饰Au电极在缓冲溶液中发生的是一质子一电子的表面控制准可逆过程。以NOMC作为固定漆酶的负载材料,首次应用于漆酶生物传感器。NOMC/ Lac/Au电极催化邻苯二酚的氧化峰、还原峰电流均随着扫描速率的增加而线性增加,且发生的是一质子一电子的电极过程。采用不同的固定化酶方法构建的Lac传感器中,由PDDA静电吸附构建的传感器的综合性能最好。该传感器对底物邻苯二酚的线性检测范围是0.678.59μM,选择灵敏度为0.349A/M,KMapp值为13.49mM,检测限为0.117μM（S/N=3）。为了提高介孔碳的电催化活性,合成了另一种新的功能化介孔碳（CuO-OMC）。透射电镜和能量散射光谱仪分析表明,Cu元素成功地引入到介孔碳孔道中形成了均一有序的介孔结构,且材料本身不含Si元素。循环伏安测试表明,CuO-OMC/Au电极在PBS缓冲溶液中具有良好的电催化活性。CuO-OMC/Lac/CS/Au电极在室温25±2℃,工作电压为+0.45V vs SCE, pH值为5.2磷酸盐缓冲溶液的最佳实验条件下,表现了良好的传感性能,对邻苯二酚的线性检测范围是0.67～15.75μM, KMapp为40.25μM,最低检测限为0.807μM （S/N=3）。此外,该漆酶传感器还具有较好的重现性和稳定性。因此,电活性介孔碳可以作为一种新型的酶载体材料,提高了酶传感器的电子传导性能和敏感性,降低了检测下限。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 生物传感器
• 1.1.1 生物传感器的概念
• 1.1.2 生物传感器的原理
• 1.1.3 生物传感器的发展历程
• 1.1.4 生物传感器的评价
• 1.2 漆酶
• 1.2.1 漆酶的分布与分类
• 1.2.2 真菌漆酶的结构与性质
• 1.2.3 漆酶催化氧化作用的底物
• 1.2.4 漆酶催化氧化作用的反应机理
• 1.2.5 酶常用的固定化方法
• 1.2.6 固定化的漆酶在生物传感器上的应用
• 1.2.7 影响漆酶生物传感器活性的因素
• 1.3 介孔材料
• 1.3.1 介孔材料的概念
• 1.3.2 介孔材料的分类
• 1.3.3 介孔材料的结构与特点
• 1.3.4 介孔材料的改性
• 1.3.5 介孔碳
• 1.4 介孔材料固定化的漆酶生物传感器
• 1.4.1 介孔材料用于酶的固定化载体材料的性能优势
• 1.4.2 介孔材料固定漆酶电极的制备方法
• 1.4.3 固定化漆酶生物传感器的研究现状及存在的问题
• 1.5 研究课题的提出
• 第二章 新型有序介孔碳的制备及修饰电极的电化学性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料及仪器
• 2.2.2 有序介孔碳的制备
• 2.2.3 NOMC的酸化处理
• 2.2.4 电极的预处理
• 2.2.5 NOMC修饰金电极的制备
• 2.2.6 新型有序介孔碳材料的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 场发射透射电子显微镜分析
• 2.3.2 红外光谱和紫外-可见光谱的表征
• 2.3.3 粒径分析
• 2.3.4 溶解性能测试
• 2.3.5 NOMC修饰Au电极的电化学测试
• 2.4 本章主要结论
• 第三章 新型有序介孔碳构建漆酶生物传感器的应用研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料及仪器
• 3.2.2 新型有序介孔碳（NOMC）的酸化处理
• 3.2.3 电极的预处理
• 3.2.4 NOMC固定化漆酶
• 3.2.5 漆酶电极的制备
• 3.2.6 电极的电化学测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 NOMC与CMK-3 固定化Lac修饰电极的电催化性能的比较研究
• 3.3.2 缓冲溶液的性质对NOMC+Lac/PDDA/Au电极的影响
• 3.3.3 Lac/NOMC/Au电极的循环伏安研究
• 3.3.4 漆酶电极的计时电流响应及表观米氏常数的测定
• 3.4 本章主要结论
• 第四章 CuO功能化介孔碳的制备、表征及其在漆酶生物传感器上的应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料及仪器
• 4.2.2 CuO改性有序介孔碳的制备
• 4.2.3 CuO 改性有序介孔碳的酸化处理
• 4.2.4 电极的预处理
• 4.2.5 CuO改性有序介孔碳修饰电极的制备
• 4.2.6 CuO改性有序介孔碳固定化漆酶
• 4.2.7 漆酶电极的制备
• 4.2.8 CuO改性有序介孔碳材料的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 CuO-OMC场发射透射电子显微镜分析
• 4.3.2 紫外-可见光谱分析
• 4.3.3 CuO改性有序介孔碳修饰Au电极的循环伏安研究
• 4.3.4 漆酶电极的循环伏安研究
• 4.3.5 漆酶电极的实验参数的优化
• 4.3.6 漆酶电极的计时电流响应曲线及表观米氏常数的测定
• 4.3.7 漆酶电极的重现性和稳定性研究
• 4.4 本章主要结论
• 第五章 全文结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢