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基于丝网印刷技术的生物传感器的研究

陈平  
【摘要】:摘要:在生物医学检测、临床诊断以及环境分析等领域一直寻求一种快速、准确、廉价及简便的分析方法,而电化学生物传感器具有操作简单、制作成本低以及能用于实时检测等特点,尤其是基于丝网印刷技术的电化学生物传感器能实现大批量工业生产、制作简单、测量快速准确,适合医学床旁检测(POCT)。因此,本论文基于丝网印刷技术,主要开展了以下工作: (1)探讨了丝网印刷工艺中网版的制备、碳浆印刷等工艺过程对丝网印刷电极性能的影响,并确定了最佳的工艺条件,通过测定不同批次电极的电阻对电极进行表征,确定丝网印刷电极的质控方法,并利用循环伏安技术(CV)对电极进行电化学测试。发现铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])在丝网印刷电极表面能进行较好的氧化还原反应,电极具有较好的电子传递性能。 (2)构建了双工作丝网印刷电极,利用含有葡萄糖氧化酶的酶浆印制的酶工作电极检测催化葡萄糖氧化的电流和干扰电流,利用非酶工作电极来测定氧化还原物质干扰电流,而该双工作电极的电流差值即为葡萄糖的氧化电流,该电极具有较好的抗干扰性能。当葡萄糖浓度在0.5-50mmol·L-1时,其浓度(C)与双工作电极的电流差值(△i)成正比,其线性方程为△i(μA)=0.69C(mmol·L-1)+0.24(R=0.9986),检测限为0.05mmol.L-1(S/N=3)。已成功应用于血糖实际样品的检测,与市售生化仪结果一致。该传感器具有较好的重现性和稳定性,在3个月后酶的活性保持原来的98%。同时,还可应用于尿酸的检测,发现当尿酸氧化酶修饰电极后,酶电极的响应电流与尿酸浓度(5μmol·L-1-10mmol·L-1)成正比,检出限是1μmol·L-1,且在实际样本的测试时具有较好的回收率。该方法制备的传感器具有较好的选择性和灵敏度,为丝网印刷电极生物传感器的实际应用提供了依据。 (3)制备了掺杂二茂铁甲醇(Fc-OH)的丝网印刷电极,以Fc-OH作为氧化剂,研究了尿酸(UA)在丝网印刷电极的电化学氧化行为,建立了一种新的用于检测UA的方法。该方法无需使用尿酸氧化酶,且能提高传感器的灵敏度,并且利用抗坏血酸氧化酶催化抗坏血酸(AA)的氧化来排除血液中AA的影响。利用计时电流法(I-t)测试0.3V处的氧化峰电流与UA浓度在10μmol·L-1-1.5mmol·L-1的范围内的线性关系,检出限为5μmol·L-1。该电极制作简单,重现性好,能有效的排除AA、对乙酰氨基酚(ACP)等的干扰,并成功应用于实际样品中UA的检测。 (4)制备了一种肌酐水解酶,肌酸氧化酶,肌氨酸氧化酶和辣根过氧化物酶修饰的掺杂二茂铁甲醇(Fc-OH)肌酐丝网印刷电极生物传感器。以Fc-OH作为催化剂,研究了肌酐在丝网印刷电极的电化学氧化行为,建立了一种新的用于检测肌酐的电化学方法,探索了样本加载后静置不同时间对测试结果的影响,通过计时电流法(I-t)测试肌酐浓度在5μmol·L-1-1mmol·L-1的范围内,肌酐传感器还原电流与肌酐浓度呈现较好的线性关系,检出限为2.4μmol·L-1,并研究了传感器对肌酐响应的选择性、特异性和稳定性,并应用于实际全血样本的测试,其检测结果与自动生化分析仪所得的数据高度一致。 (5)制备了掺杂亚铁氰化钾(K4[Fe(CN)6])的尿素氮传感器,以K4[Fe(CN)6]作为电子传递剂,还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH).脲酶和谷氨酸脱氢酶与尿素氮(UN)反应,研究了UN在丝网印刷电极的电化学行为,建立了一种检测UN新的方法。研究了尿素氮传感器反应的机理,讨论了pH、温度、电位、反应静置时间、NADH和金属离子对尿素氮传感器的影响,采用计时电流法(I-t)测试0.2V处的氧化电流,发现:UN浓度在50μmol·L-1-40mmol·L-1的范围内,与电流呈较好的线性关系,检出限为12μmol·L-1。且该传感器能有效的排除谷胱甘肽(GSH)、抗坏血酸(AA)、尿酸(UA)和对乙酰氨基酚(ACP)的干扰,具有稳定性和重现性好等优点,成功应用于实际样品血尿素氮(BUN)的检测。


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