新型酶传感器的研究及其在环境毒物分析中的应用

论文题目: 新型酶传感器的研究及其在环境毒物分析中的应用

论文类型: 博士论文

论文专业: 分析化学

作者: 杨云慧

导师: 沈国励,俞汝勤

关键词: 电化学生物传感器,纳米颗粒,无机有机杂化膜,生物材料固定,酶抑制剂,环境毒物,结肠癌,传感器

文献来源: 湖南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 生物传感器在临床诊断、生物分析、环境监测等领域具有广泛的应用前景,因而吸引了众多研究者的兴趣。近年来随着人们环保意识的加强,对环境检测提出了更高的要求。酶传感器满足了现场环境监测和化学战剂快速检测的需要,已逐步应用于环境毒物的测定。在生物传感器的构建中,其关键技术之一就是如何将生物分子稳定、高活性地固定到换能器表面。本文针对生物传感器固定技术中存在的生物分子失活的问题,发展了一系列固定基质材料和固定方法以提高固定化生物分子的活性,并以之为基础设计制备了过氧化氢、葡萄糖、尿素的酶传感器; 另外,利用聚电解质的尺寸排除效应解决样品中抗坏血酸的干扰; 利用纳米金的吸附-解吸作用对失活酶层进行更新,构建了一系列一体化的单酶电极用于环境毒物的测定。其次,本文还采用酶标杂交法研制了一种与结肠癌高度相关的基因传感器。具体内容如下: 1.发展了4种固定生物分子的新方法并用于固定酶构建电化学酶传感器。(1)在第2章中,首次研制出一种基于纳米ZnO/壳聚糖有机-无机复合膜作为固定基质的酶生物传感器。该复合膜结合了无机材料纳米ZnO和有机材料壳聚糖的优点。酶的固定基于纳米ZnO的吸附作用,因此避免了使用戊二醛时对酶的化学损伤。选择典型的辣根过氧化酶作为研究对象。通过扫描电镜观察到纳米ZnO/壳聚糖膜呈多孔状,可使辣根过氧化酶有效地包埋在膜中,比用戊二醛交联的酶具有更高的生物活性。电极测定H2O2溶液的浓度线性范围是5.0×10-5~2.0×10-3 mol /L,灵敏度为43.8μA L mmol-1,在3σ处得检测下限为2.5 ×10-6 mol /L。此基质可用于其它生物分子的固定。(已成功用于固定抗体制得免疫传感器) (2)在前面的研究中,我们从扫描电镜图中发现ZnO在壳聚糖中分散的均匀性有待提高。在第3章中报道了一种基于改性纳米ZrO2/壳聚糖复合膜作为固定基质的葡萄糖传感器。首次将纳米ZrO2用阴离子表面活性剂加以处理以提高其在壳聚糖溶液中的分散性。当葡萄糖溶液浓度在1.25×10-5~ 9.50×10-3 mol /L变化时,电极呈线性响应,灵敏度为0.028μA Lmmol-1。在3σ处得检测下限为1.0×10-5 mol /L (3)在第4章中报道了一种新型尿素传感器。以胺化PVC(PVC-NH2)作基质的PVC膜pH电极为原电极,首先采用戊二醛将伴刀豆球蛋白交联到pH电极上,再利用伴刀豆球蛋白(Con A)与糖蛋白间的特异性识别作用,将Con A和酶表面的麦芽糖残基结合,采用交替沉积Con A和脲酶,进行多层酶膜的组装,电极在尿素浓度为6.9×10-5~1.0×10-3mol /L范围,响应电位与尿素浓度的对

论文目录:

摘要

Abstract

第1章绪言

1．1 酶传感器

1．1．1 电化学酶传感器

1．1．1．1 基于人工合成电子媒介体的酶传感器

1．1．1．2 第三代酶传感器

1．1．2 光化学酶传感器

1．2 酶传感器制作中的生物分子固定化新技术

1．2．1 纳米技术

1．2．2 分子自组装技术

1．2．3 树枝状化合物的放大技术

1．2．4 溶胶-凝胶技术

1．2．5 酶的定向取向技术

1．2．6 聚电解质吸附组装技术

1．2．7 碳纳米管技术

1．2．8 提高酶传感器综合性能的其他技术

1．3 酶传感器用于环境毒物分析

1．3．1 酶抑制法的理论基础

1．3．2 研究进展

1．3．2．1 基于胆碱酯酶的传感器

1．3．2．2 基于酪氨酸酶的传感器

1．3．2．3 其他酶系统

1．4 DNA电化学传感器

1．4．1 DNA电化学传感器的原理

1．4．2 DNA电化学传感器的分类

1．4．3 DNA电化学传感器的应用

1．5 本研究工作的构思

第2章基于壳聚糖/纳米ZnO复合膜的安培型过氧化氢传感器

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂与仪器

2．2．2 壳聚糖/ZnO溶液的制备

2．2．3 H_O_2传感器的制备

2．2．3．1 GCE/ZnO/CHIT/HRP电极的制备

2．2．3．2 GCE/CHIT/GLU/HRP电极的制备

2．3 结果与讨论

2．3．1 ZnO/CHIT与其包埋的HRP的相互作用

2．3．2 纳米ZnO/CHIT复合膜的表面形态

2．3．3 循环伏安行为

2．3．4 酶电极制备条件的优化

2．3．5 测量条件的优化

2．3．5．1 电子媒介的量的影响

2．3．5．2 电位的影响

2．3．5．3 pH的影响

2．3．6 电极性能

2．3．6．1 电极的响应性能

2．3．6．2 HRP酶电极的重复性和重现性

2．3．6．3 HRP酶电极的稳定性

2．3．7 固定酶的活性

2．3．8 应用

2．4 小结

第3章基于壳聚糖/改性纳米ZrO_2复合膜的安培型葡萄糖生物传感器

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 仪器与试剂

3．2．2 纳米ZrO_2的改性处理

3．2．3 壳聚糖/改性ZrO_2溶液的制备

3．2．4 葡萄糖生物传感器的制备

3．2．4．1 Pt/ZrO_2/CHIT/GO_X/Nafion电极的制备

3．2．4．2 Pt/CHIT/GLU/GO_x电极的制备

3．3 结果与讨论

3．3．1 改性ZrO_2/CHIT膜与其包埋酶的红外光谱(FTIR)分析

3．3．2 改性纳米ZrO_2/CHIT复合膜的表面形态

3．3．3 循环伏安特性

3．3．4 酶电极制备条件的优化

3．3．5 测量条件的优化

3．3．5．1 电位的影响

3．3．5．2 pH的影响

3．3．6 电极的响应性能

3．3．6．1 Pt/ZrO_2/CHIT/GO_X电极的响应

3．3．6．2 重复性和重现性

3．3．6．3 电极的稳定性

3．3．7 固定酶的活性

3．3．8 干扰

3．3．9 实际样品的测定

3．4 小结

第4章基于伴刀豆球蛋白-糖蛋白特异识别作用的脲酶生物传感器

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 仪器与试剂

4．2．2 PVC膜pH电极的制备及使用

4．2．3 脲酶电极的制备

4．2．4 实验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 PVC膜pH电极的响应特性

4．3．2 Ca~(2+)和Mn~(2+)对伴刀豆球蛋白的活化

4．3．3 组装膜层数的影响

4．3．4 与戊二醛交联固定酶法的比较

4．3．5 电极的响应性能

4．3．6 重现性及寿命

4．3．7 回收率实验

4．4 小结

第5章基于纳米金直接催化的第三代辣根过氧化物酶生物传感器

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 仪器与试剂

5．2．2 纳米金及金种子的合成的制备

5．2．3 纳米金吸附辣根过氧化物酶

5．2．4 HRP生物传感器的制备

5．2．5 测量方法

5．2．6 样品的测定

5．3 结果与讨论

5．3．1 HRP的直接电化学

5．3．2 纳米金对酶传感器响应性能的影响

5．3．3 Ca~(2+)和Mn~(2+)对伴刀豆球蛋白的活化

5．3．4 循环伏安行为

5．3．5 实验条件的优化

5．3．5．1 纳米金尺寸的影响

5．3．5．2 组装膜层数的影响

5．3．5．3 工作电位和pH对传感器响应的影响

5．3．6 传感器的响应性能

5．3．7 重现性及寿命

5．3．8 样品分析

5．4 小结

第6章抑制型胆碱氧化酶电极对尼古丁的测定

6．1 引言

6．2 实验部分

6．2．1 仪器与试剂

6．2．2 碳糊电极的制备

6．2．3 胆碱氧化酶电极的制备

6．2．4 测量方法

6．2．4．1 胆碱的测定

6．2．4．2 抑制剂的测定

6．2．5 样品的预处理

6．3 结果与讨论

6．3．1 循环伏安行为

6．3．2 实验条件的优化

6．3．2．1 电子媒介的用量影响

6．3．2．2 工作电位对电极响应电流的影响

6．3．2．3 pH值对胆碱测定的影响

6．3．2．4 胆碱浓度对响应电流的影响

6．3．3 电极的响应性能

6．3．3．1 电极对胆碱的响应

6．3．3．2 电极对尼古丁的响应性能

6．3．4 重现性、重复性及寿命

6．3．5 干扰

6．3．6 烟草样品分析

6．4 小结

第7章抑制型辣根过氧化物酶生物传感器用于硫化物的测定

7．1 引言

7．2 实验部分

7．2．1 试剂和仪器

7．2．2 金电极表面的预处理和半胱胺单层膜的修饰

7．2．3 酶电极的组装

7．2．4 对底物H_2O_2的循环伏安(CV)和计时电流的测定

7．2．5 酶抑制剂的测定步骤

7．2．6 泉水样品的检测

7．3 结果与讨论

7．3．1 原理

7．3．2 循环伏安行为

7．3．3 实验条件的优化

7．3．3．1 电子媒介体的量

7．3．3．2 工作电位的影响

7．3．3．3 H_2O_2的浓度对硫化物测定的影响

7．3．3．4 pH值的影响

7．3．4 电极的响应性能

7．3．4．1 HRP-SAM-修饰电极对H_2O_2的响应

7．3．4．2 HRP修饰电极对硫化物的测定

7．3．4．3 选择性

7．3．4．4 重现性和寿命

7．3．5 应用

7．4 小结

第8章乙酰胆碱酯酶传感器用于蔬菜样品中有机磷农药残留量的测定

8．1 引言

8．2 实验部分

8．2．1 仪器与试剂

8．2．2 改性纳米ZrO_2/CHIT溶液的制备

8．2．3 乙酰胆碱酯酶电极的制备

8．2．4 测定方法

8．2．4．1 巯基乙酰胆碱(ATCh)的测定

8．2．4．2 抑制剂有机磷农药的测定

8．2．4．3 蔬菜样品的处理及测定

8．3 结果与讨论

8．3．1 测定原理

8．3．1．1 AChE催化巯基乙酰胆碱水解的机理

8．3．1．2 有机磷化合物对乙酰胆碱酯酶的不可逆抑制

8．3．2 循环伏安行为

8．3．3 实验条件的优化

8．3．3．1 工作电位对电极响应电流的影响

8．3．3．2 pH值对巯基乙酰胆碱测定的影响

8．3．3．3 底物(ATCh)浓度对有机磷农药测定的影响

8．3．4 乙酰胆碱酯酶电极的响应性能

8．3．4．1 电极对巯基乙酰胆碱的响应

8．3．4．2 电极对抑制剂有机磷农药的响应

8．3．5 解磷定对乙酰胆碱酯酶活性的恢复

8．3．6 消除抗坏血酸对测定的影响

8．3．7 样品分析

8．3．8 重现性及寿命

8．4 小结

第九章基于自组装纳米金的可更新尿素生物传感器对汞离子抑制剂的测定

9．1 引言

9．2 实验部分

9．2．1 仪器与试剂

9．2．2 PVC膜pH电极的制备及使用

9．2．3 纳米金的制备

9．2．4 基于纳米金自组装的脲酶的固定

9．2．5 基于共价键和的脲酶的固定

9．2．6 分析程序

9．2．6．1 pH值的测量

9．2．6．2 脲酶底物的测量

9．2．6．3 抑制研究程序

9．3 结果与讨论

9．3．1 纳米金的形态

9．3．2 纳米金尺寸对尿素传感器响应的影响

9．3．3 不同固定化方法的比较

9．3．4 脲酶修饰电极的响应特性

9．3．4．1 脲酶修饰电极的尿素响应校正曲线

9．3．4．2 脲酶修饰电极测定汞的校正曲线

9．3．5 传感器的再生

9．3．6 重现性和寿命

9．3．7 干扰

9．3．8 应用

9．4 小结

第10章基于辣根过氧化物酶标记的结肠癌DNA传感器的研究

10．1 引言

10．2 实验部分

10．2．1 仪器与试剂

10．2．2 用HRP标记DNA检测探针

10．2．3 DNA捕获探针在金电极上的固定

10．2．4 制备DNA传感器用于测定特定序列的目标DNA

10．2．5 电化学检测10．3结果与讨论

10．3 结果与讨论

10．3．1 电化学测定原理

10．3．2 实验参数的优化

10．3．2．1 探针自组装时间

10．3．2．2 杂交培育时间

10．3．2．3 杂交温度

10．3．2．4 反应溶液pH值的影响

10．3．3 校正曲线

10．3．4 电极的选择性

10．3．5 电极的再生

10．3．6 电极的重现性

10．4 小结

结论

参考文献

致谢

附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)

发布时间: 2006-05-10

参考文献

[1].新型电化学生物传感技术的研究及纳米材料在其中的应用[D]. 聂华贵.湖南大学2009

新型酶传感器的研究及其在环境毒物分析中的应用

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