基于番茄皮和氧电极的过氧化氢生物传感器的研究

论文摘要

本论文研制了一种基于番茄皮和氧电极的新型过氧化氢生物传感器，研究了该传感器的实验条件，响应现象，使用寿命，并使用该传感器对商品中过氧化氢的含量进行了检测。普通的组织传感器需要复杂的植物组织处理过程，固定化酶传感器的酶固定化方法非常复杂，而番茄皮中含有天然的过氧化氢酶，并具有良好的防水透气性能，在实验中可以直接覆盖在电极的表面作为传感材料。因此本研究尝试利用番茄皮特殊的物理化学性质，与氧电极相结合，研制一种价格低廉、操作简单、灵敏度好的植物组织传感器。该生物传感器的检测原理是基于样品溶液中溶氧量的变化。过氧化氢酶是一种含有血红素的酶，它普遍存在于需氧有机体中，能催化过氧化氢分解为水和氧气：在实验中，覆盖在氧电极表面的番茄皮提供过氧化氢酶，将样品溶液中的过氧化氢分解为氧气和水，引起溶氧量浓度的增加，酶促反应中生成的分子氧能很容易地被Clark型氧电极检测到。酶促反应对于底物是一级动力学反应，过氧化氢的分解及氧气的生成都直接与过氧化氢的浓度成正比。因此，根据此原理可以对过氧化氢进行定量分析。本实验的结果显示：基于番茄皮和氧电极的过氧化氢生物传感器对过氧化氢浓度的检测限为30μM，响应时间小于100s，过氧化氢溶液在0.06mM～0.6mM(由于软件限制，浓度0.6mM以上超过软件显示范围)的浓度范围内与溶氧量的线性关系很好(R~2=0.9998)。缓冲溶液的浓度对于传感器的响应没有显著影响，该传感器有较宽的温度及pH值工作范围，商品中一些常见的离子对该传感器的响应没有明显的干扰。该传感器的寿命超过6个月。将该过氧化氢生物传感器应用于一些商业样品中过氧化氢含量的检测，均得到了很好的分析结果。本论文的研究结果表明：利用番茄皮和氧电极所构造的过氧化氢生物传感器价格低廉、操作简单、检测限低、响应时间较短，可以快速准确地检测出样品中过氧化氢的含量。这是番茄皮首次用于构造组织传感器，该传感器的研制为新型生物传感器的研究提供了新的思路，为过氧化氢生物传感器的商业化提供了可能性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 过氧化氢的研究意义及研究现状
• 1.1.1 过氧化氢的应用
• 1.1.2 过氧化氢含量测定的重要性
• 1.1.3 过氧化氢的检测方法
• 1.1.3.1 分光光度法
• 1.1.3.2 辣根过氧化物酶法
• 1.1.3.3 NADPH氧化法
• 1.1.3.4 化学发光法
• 1.1.3.5 DMTU消耗法
• 1.1.3.6 组织化学法
• 1.2 生物传感器的研究进展
• 1.2.1 生物传感器的概念及分类
• 1.2.2 生物传感器的原理
• 1.2.2.1 离子敏传感器的原理
• 1.2.2.2 气敏传感器的原理
• 1.2.2.3 生物膜传感器的原理
• 1.2.3 生物传感器的发展史
• 1.2.4 生物传感器的特点
• 1.3 过氧化氢组织传感器
• 1.3.1 过氧化氢酶
• 1.3.2 过氧化氢组织传感器
• 1.4 本课题研究的目的及意义
• 2 实验部分
• 2.1 基于番茄皮和氧电极的过氧化氢生物传感器的研制
• 2.1.1 实验仪器及试剂
• 2.1.1.1 实验仪器
• 2.1.1.2 试剂
• 2.1.2 氧电极的结构及原理
• 2.1.3 氧电极的组装
• 2.1.4 实验过程
• 2.1.5 实验条件的优化
• 2.1.5.1 过氧化氢标准溶液浓度的选择
• 2.1.5.2 过氧化氢标准溶液浓度的标定
• 2.1.5.3 番茄皮厚度的影响
• 2.1.5.4 番茄皮固定过程中需注意的问题
• 2.1.6 结果与讨论
• 2.1.6.1 扫描电镜的研究
• 2.1.6.2 传感器的响应曲线
• 2.1.6.3 缓冲溶液浓度的影响
• 2.1.6.4 pH的影响
• 2.1.6.5 温度的影响
• 2.1.6.6 番茄皮的寿命
• 2.1.6.7 传感器的选择性
• 2.1.6.8 样品分析
• 2.1.7 小结
• 2.2 基于番茄皮和氧电极的过氧化氢传感器的进一步研究
• 2.2.1 简化后传感器对过氧化氢的响应
• 2.2.2 pH的影响
• 2.2.3 温度的影响
• 2.2.4 以单层番茄皮为平台固定过氧化氢酶
• 2.2.5 其它实验
• 2.2.6 需进一步研究解决的问题
• 2.2.7 小结
• 3 结论
• 参考文献
• 在读期间科研成果
• 致谢