新型高聚物生物传感器及应用可行性研究

论文摘要

随着环境污染的日益严重,生物传感器成为环境监测的重要方法。在生物传感器的制备过程中,生物活性物质的固定是其关键部分,常用的方法包埋法、交联法等都会部分的降低其活性。Langmuir-Blodgett（LB）膜技术以其生物相容性好,制备简单,操作方便等优点越来越引起科学家们的关注。脂类分子由于是构成细胞生物膜的骨架成分,因此是制备LB膜首选的材料,但是大量的研究表明,小分子的脂类分子LB膜存在耐热性和力学强度差等缺点,从而在一定程度上限制了其应用。但是由高聚物类脂分子形成的高分子薄膜的耐热性和力学强度等机械性能都可以得到很大的改善。本研究选择一种带负电荷的新型两亲性高聚物（TPR）为成膜材料,通过LB膜技术将硝基苯降解菌固定,初步验证该法制备的生物传感器用于硝基苯检测的可行性,并以硬脂酸进行对比研究。研究分别以纯水、PAH溶液、硝基苯降解菌液为亚相,高聚物和硬脂酸为成膜物质的表面压-单分子面积曲线（即π-A曲线）,结果表明在气/液界面均能形成稳定排列有序的单分子膜。通过原子力显微镜、傅立叶红外光谱和接触角实验研究在不同表面压力下转移到硅片上的TPR LB膜,其结果表明随着膜压的升高,得到的单分子膜分布更加均匀,排列更加紧密,缺陷越少。不同层数TPR LB膜修饰电极的循环伏安实验证明随着修饰电极的LB膜层数的增加,其峰电流值逐渐降低,且成线性关系,从而证实该超薄膜致密均匀。分别以高聚物和硬脂酸为成膜材料,通过LB膜法制备了固定硝基苯降解菌的模拟微生物膜,并通过原子力显微镜观察了模拟微生物膜以及经过培养后模拟生物膜的表面形貌。从原子力显微镜图片可以看出硝基苯降解菌稳定存在,且分布均匀,以硬脂酸为成膜材料时,细菌以单个形式均匀附着,以高聚物为成膜材料时,细菌以多个菌聚集的形式附着;被固定的硝基苯降解菌能保持很好的活性,经过24 h的培养后菌体的数目明显增多。研究制备的模拟微生物膜与硝基苯溶液作用后,硝基苯溶液浓度的变化,以及采用循环伏安分析法对修饰电极及其在硝基苯溶液中的电化学特性进行研究,并研究了不同pH值对其的影响。其结果表明硝基苯溶液的浓度在经过固定硝基苯降解菌的模拟微生物膜反应后明显降低,循环伏安图可以看出修饰电极在硝基苯溶液中出现了一明显的还原峰,且峰电流值随着硝基苯溶液浓度的增加而增大,有较好的线性关系,且体系pH的检测范围可在411之间。以上实验数据完全说明用LB膜法制备的生物传感器用于硝基苯检测的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 生物传感器
• 1.1.1 生物传感器概述
• 1.1.2 生物传感器的分类
• 1.1.3 生物传感器的原理和特点
• 1.1.4 生物传感器的应用
• 1.2 生物活性单元的固定化技术
• 1.2.1 吸附法
• 1.2.2 共价结合法
• 1.2.3 包埋法
• 1.2.4 交联法
• 1.2.5 超分子组装技术
• 1.3 LB膜
• 1.3.1 LB膜概述
• 1.3.2 LB膜成膜原理
• 1.3.3 LB膜制备方法
• 1.3.4 LB膜表征方法
• 1.4 本课题的目的和意义及主要内容
• 1.4.1 本课题的目的和意义
• 1.4.2 本论文研究的主要内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验仪器和设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 基片的预处理
• 2.3.2 LB膜的制备
• 2.3.3 模拟微生物膜的制备
• 2.3.4 修饰电极的制备
• 2.4 表征和测试
• 2.4.1 π-A曲线的测定
• 2.4.2 原子力显微镜（AFM）观测
• 2.4.3 傅立叶红外光谱（FTIR）检测
• 2.4.4 接触角的测定
• 2.4.5 循环伏安的测定
• 2.4.6 HPLC检测硝基苯溶液浓度
• 第3章 新型高聚物LB膜的制备及其性质研究
• 3.1 引言
• 3.2 表面压－单分子面积曲线
• 3.3 TPR LB膜AFM表征和分析
• 3.4 TPR LB膜FTIR表征和分析
• 3.5 TPR LB膜接触角测定
• 3.6 循环伏安行为研
• 3.7 本章小结
• 第4章 LB膜法固定微生物及应用研究
• 4.1 引言
• 4.2 表面压－单分子面积曲线
• 4.3 AFM表征和分析
• 4.4 HPLC检测硝基苯溶液浓度
• 4.5 修饰电极的循环伏安行为表征
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢