新型葡 萄糖生物传感器的 构筑、机理及应用 研究

luck

      
       葡萄糖是动植物体内碳水化合物的主要组成部分,葡萄糖的定量测定在临床化学、生物化学和食品分析中都占有很重要的地位,葡萄糖的分析与检测方法一直是研究的热点之一。随着人们生活水平的提高和老年人口的增加,糖尿病发病率呈上升趋势,已成为仅次于心血管病和癌症的第三大危险疾病,
其诊断和治疗已成为了医学界面临的重大课题。因此,快速、准确、方便地检测血糖含量,从而有效地对糖尿病进行监测和治疗变得越来越重要。之前,人们已经为葡萄糖的检测做出了很多重要的研究。在已有检测方法中,生物传感器由于具有灵敏度高、重现性好、操作简便等优点,在各种检测方法中扮演着重要的角色。1967年S.J.乌普迪克等制出了第一个生物传感器--葡萄糖传感器。现已发展了第二代、第三代生物传感器，例如：微生物、细胞器传感器、场效应生物传感器。90年代开启了微流控技术，生物传感器的微流控芯片集成为药物筛选与基因诊断等提供了新的技术前景。
       它的工作原理是基于对固定在特定载体上的葡萄糖氧化酶(GOx)催化氧化葡萄糖时产生的过氧化氢电流的检测。

葡萄糖氧化酶(glucose oxidase，GOD)，1928年由Muller等发现后，Nekamatsu、Konelia、Yoshio等先后对其作了大量的研究并投人生产，Fiedurek和Rogalski等对酶单位的增加做了大量的研究工作，尤其对葡萄糖氧化酶的辅基一黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)做了深入的研究，并给出了详细的说明，目前该酶在临床检测和食品工业有广泛的用途。葡萄糖传感器就是利用葡萄糖氧化酶催化氧化葡萄糖的专性，检测各种物质中的葡萄糖含量，葡萄糖传感器 在生物和医学上有着极其重要的应用价值。1962年，Clark和Lyons提出将酶与电极结合，可以通过检测其酶催化反应所消耗的氧来测定葡萄糖的含量。1967年，Updike和Hicks首次研制出以铂(Pt)电极为基体的第一支葡萄糖氧化酶电极，通过检测酶反应的产物H：0：来测定葡萄糖含量。至此，葡萄糖氧化酶电极经过三代的发展。
第一代酶生物传感器是以氧为中继体的电催化酶层： GODox +葡萄糖→GoD Red+葡萄糖

                                                                                  GODRed + 02→GODox+H202                                                               (1—2)
                                                                     电极：H202→ 02 + 2H + 2e                                                                                  (1—3)
                                                                              
第二代酶生物传感器是以媒介体修饰剂为基础的电催化
                                                                                    酶层：GODox +葡萄糖— GODRed+葡萄糖酸                                       (1—4)
                                                                                   修饰层：GODRed+Mox一GODox +MRed                                                (1一5)

第三代酶生物传感器是酶在电极上的直接电催化
                                                                                           酶层：GOD +葡萄糖—GoDRed+葡萄糖酸                                        (1—6)
                                                                                                电极： GODox →GODRed + ne一                                               (1 —7)
当今，随着生物传感器的发展和完善，化学修饰葡萄糖电化学传感器得到迅速发展。纳米粒子的应用实现了酶在电极上的直接电催化,并通过了电化学方法的检测。这些电化学传感器具有高的灵敏度,高的选择性,线性范围宽,响应时间快等优点,可以与光学检测方法相媲美。通过对酶的固定化研究,对灵敏度和选择性的深入探讨,基于纳米粒子的葡萄糖传感器将对葡萄糖的检测将产生巨大的影响。期望在未来研究中产生新的基于纳米粒子的电化学检测方法,结合不断产生的新技术,开发出更加高效的,使用方便的葡萄糖检测装置。将电分析化学理论和方法、生物化学、纳米技术有机结合起来，以纳米金磁微粒为固定葡萄糖氧化酶的载体，利用纳米金磁微粒的优异特性，探索固定化葡萄糖氧化酶的方法，致力研制新型的复合纳米金磁微粒修饰的葡萄糖电化学传感器。
        因此,葡萄糖氧化酶的固定化是传感器制备过程中最关键的步骤之一纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于1-100纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料,是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,并由此产生出许多特殊性质。由于纳米材料特有的光、电、磁、催化等性能,引起了凝聚态物理界、化学界及材料科学界的科学工作者的极大关注。因此,纳米材料在太阳能电池、催化、电子信息技术及传感器材料等方面有着深入的研究和广阔的应用前景,其中传感器是纳米材料可能利用的最有前途的领域之一。纳米材料奇异的特性,使得生物传感器的灵敏度、检测限和响应范围等性能指标得到了很大的提升。纳米材料为生物传感器的发展带来了新的契机,创造了更为广阔的空间。
      本论文通过链接反应(ClickReaction)、聚酰胺胺(PAMAM)和聚多巴胺膜对葡萄糖氧化酶进行固定化,并利用水热法合成了树叶状CuO纳米材料、ZnO/Au复合纳米材料和纳米WO3,并将其应用于葡萄糖生物传感器的研究与应用。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射光谱、电子衍射光谱和紫外可见分光光度法对合成的纳米材料形貌和组成进行表征,利用循环伏安法、交流阻抗、安培检测法等对葡萄糖的含量进行了检测和分析。在本论文中,葡萄糖生物传感器的稳定性,酶的活性都得到了很大提高,对葡萄糖的检测也实现了高灵敏度和低检测限。基于酶与电极间直接电子传递的电流型生物传感器能够简单直接地获取信号,本论文对GOx与纳米材料间的直接电子传递行为进行了考察,探讨了纳米材料对GOx直接电子传递行为的影响,并对葡萄糖氧化酶/纳米WO3修饰的碳电极(GCE/WO3/GOx/Nafion)检测葡萄糖的机理进行了讨论。

lwangd1977

感谢分享！

zhaoweiwu

挺好的资料。

luck

zhaoweiwu:挺好的资料。 (2016-10-10 11:47) 

谢谢