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可控纳米材料在生物传感器上的应用

郭伟玲  
【摘要】: 糖尿病是世界性的多发病和常见病,随着经济的快速发展、人们生活水平的提高和老年人口的增多,其发病率呈明显上升趋势。糖尿病已经成为现代疾病中的第二杀手,其对人体的危害仅次于癌症。全世界约有两亿多病人,已成为全球性的卫生保健问题,因此,糖尿病的诊断和治疗是科学界、医学界所面临的重大课题。长期的临床研究表明:如果血糖浓度能被严格控制在正常生理范围之内,糖尿病及其并发症就可以得到控制。电化学葡萄糖生物传感器具有选择性高、简便、快速的特点,是检测葡萄糖浓度最常用的方法。为提高传感器的性能,一个发展方向是制备直接电子传递的第三代电流型葡萄糖生物传感器。目前把利用导电聚合物或导电有机盐制备的酶电极叫做直接电子传递的生物传感器。但是这些研究都处在初级阶段,第三代传感器的制备方法仍在探索中。传感器发展的另一个方向是微型化、集成化。微型化迫切需要提高传感器的电流响应,因此,寻找新材料、新方法制备电流响应值高的新型直接电子传递生物传感器非常必要。 自1962年Clark和Lyons第一次提出用于测量葡萄糖的酶电极以来,已经有大量的关于酶生物传感器的报导,其中葡萄糖的检测是该领域研究最多的分析物之一。在生物传感器研究中,酶的固定化是最关键的一步。纳米材料日新月异的发展,为酶固定化的发展提供了良好的契机,同时为生物传感器实现高灵敏度、简便、无创伤、成本低等要求创造了机会。纳米颗粒不同于块体材料,由于纳米材料自身的特殊结构导致其具有以下四大效应:小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。同时由这四大效应产生了很多独特的性质,如特殊的机械性能、电性能、磁性能、热性能、光性能和化学活性等。由于纳米颗粒具有比表面积大、表面活性中心多、表面反应活性高、催化效率高、吸附能力强等优异性质,有效地提高传感器的响应灵敏度,所以研究者用各种纳米材料来进行酶的固定化,如Au、Ag、Pt、SiO2、碳纳米管及它们的复合物。 本文的思路是将分别采用琥珀酸-2-乙基己基磺酸钠/环己烷反胶束体系制备纳米ZnO和不同形貌的Au纳米颗粒引入到葡萄糖生物传感器中。氧化锌纳米颗粒的导电能力介于导体和绝缘体之间是一种典型的半导体。当其尺寸减小到纳米级时,他们表现出许多独特的性质。与相应的块体材料相比,金纳米颗粒具有独特的化学和物理性质,可应用于电学、催化、磁性材料、药物输送等领域,其中,生物传感器是其最有意义的应用。因此金纳米颗粒的制备研究引起了人们的广泛兴趣。实验结果表明,把以这些纳米颗粒作为载体来固定GOD,能够显著提高酶电极的电流响应、增强稳定性,为临床应用和传感器的微型化、工业化生产提供可供参考的依据,为纳米颗粒增强新型葡萄糖生物传感器的研究、制备和应用奠定基础。


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