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光致电化学生物传感器的制备及应用研究

赵改爽  
【摘要】:光致电化学生物传感器是在生物电化学传感器基础上发展起来的新的分析方法。通过光电化学界面与各种生物敏感膜的结合,可以制备多种光致电化学生物传感器。本文通过将酶固定在具有光敏和电子受体功能的聚硫堇光电化学界面上,利用酶催化反应的产物H_2O_2与聚硫堇发生光致电化学反应产生的光电流实现对底物的检测。本文主要做以下几个方面的研究: 1.在ITO电极的表面电聚合上硫堇,通过检测其与电子供体H_2O_2发生光致电化学反应产生的光电流,从而实现对H_2O_2浓度的检测。文中研究了聚硫堇修饰电极在有无光激发下的响应原理。无光激发时,过氧化氢做为氧化剂,能够将聚硫堇氧化。聚硫堇在600nm光照激发下,从基态跃迁到激发态,能够氧化过氧化氢变成还原态,在设置偏压的作用下,还原态的聚硫堇又变成氧化态的聚硫堇,随后可以继续被光激发参与到下一步的反应之中,由此形成了一个回路。实验了偏压和pH值对测定的影响,在一定范围内随变化光电流均有最大值。 2.通过构建具有光电功能的敏感界面,制备了一种新型的光致电化学尿酸传感器。应用尿酸氧化酶对催化尿酸反应产生的电子供体H_2O_2在功能界面发生光致电化学反应,从而实现了对尿酸浓度的检测。研究了传感器的响应机理,实验了酶的浓度、涂膜液量、壳聚糖浓度及pH等对光电流的影响,20天后,传感器仍能保持89%的光电流响应,测稳定性相对标准偏差为4.12%,较以前传感器的重现性和稳定性均有提高。该传感器与尿酸浓度在2.00~10.0×10~(-6)mol L~(-1)和6.00~100×10~(-5)mol L~(-1)范围内成良好的线性关系,检测下限为0.80μmol L~(-1)。 3.制备一种新型的光致电化学生物传感器用于鸟嘌呤的测定。首次利用结构的相似运用黄嘌呤氧化酶对鸟嘌呤催化进行测定。探讨了传感器的响应机理,实验了酶量、pH值、偏压对测定光电流的影响,并确定了最佳值。2周内,传感器对鸟嘌呤的响应在100%~95%以内,测稳定性相对标准偏差为3.92%,该传感器光电流与鸟嘌呤浓度在1.00×10~(-6)~2.00×10-4mol L~(-1)范围内成良好的线性关系,检测下限为1.67×10~(-7)mol L~(-1)。 4.制备一种新型的光致电化学生物传感器,以DNA损伤后的鸟嘌呤基作为检测物,通过酶促反应产物与聚合后硫堇作用产生光电流的大小确定DNA损伤程度及浓度。实验数据表明:随酸解时间增加,光电流响应逐渐变大,损伤率为0.912。同时发现酸解后的DNA浓度与光电流在0.90~60.0μg ml~(-1)范围内成良好的线性关系,检测限为3.0μg ml~(-1)。


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