化学修饰电极电催化及电流型生物传感器的研究

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化学修饰电极是通过人为的对电极表面进行各种化学修饰,使其获得被修饰物的某些特性的一类电极,是目前最活跃的电化学和电分析化学研究领域。经过一定化学修饰的电极能大大降低特定物质在电极上的反应自由能,加快反应速率,增加反应的可逆性。因此,作为化学修饰电极分析应用的重要方向:电催化,得到了研究者们的广泛关注。多巴胺(DA)和抗坏血酸(AA)是两种常见的有机小分子,它们的代谢平衡对维持人体机能的正常运转十分重要。对这两种生物小分子的电催化和定量分析研究在化学修饰电极电催化的理论研究和实际应用中均具有重要意义。1.为了获得简单有效的电催化化学修饰电极,我们将具有氧化还原活性的有机小分子通过电化学方法一步修饰到电极上,该电极对DA展现了良好的电催化氧化特性,即:将间氨基苯酚电化学修饰到玻碳电极上,制得一种新型的DA电化学传感器。实验结果表明,该传感器对DA有良好的电催化作用,相对于裸玻碳电极,氧化峰负移了200mV,还原峰正移了90mV,氧化还原可逆性增强,响应电流也有明显的提高。DA的响应电流与其浓度分别在1.2×10-7-9.1×10-6(R=0.998,n=22)和9.1×10-6-1.2×10-4(0.998,n=16)mol/L范围内有良好的线性关系,检测下限为3.2×10-8mol/L(S/N=3)。2.近年来,纳米材料在化学修饰电极中的应用日益深入和广泛。为了结合碳纳米管的良好催化性能和电子媒介体的强的电子传递能力,我们将碳纳米管-电子媒介体复合物修饰到电极得到了对AA有良好电催化氧化特性的化学修饰电极,即:用多壁碳纳米管-硫堇复合物修饰玻碳电极,制得了可以测定AA的化学修饰电极。研究了该修饰电极的电化学性质。该电极在对AA的测定中展现了良好的电催化活性。当AA的浓度在5.0×10-7-1.1×10-3(R=0.999,n=17)mol/L时与氧化峰电流成正比,检测下限为1.0×10-7mol/L(S/N=3)。电流型生物传感器是化学修饰电极在电分析领域中的另一个重要的研究和应用方向,具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、能在复杂的体系中进行连续测定等特点。电极的修饰材料和生物分子的固定化方法是该类传感器研究的重要方面。1.自组装技术具有简单、有序、可控和生物相容性等特点。纳米金有良好的电子传递能力、生物相容性和生物分子固载能力。我们将巯基化合物自组装到金电极上,再依次结合纳米金和生物分子,即:通过在金电极表面自组装L-半胱氨酸,再分别吸附纳米金与辣根过氧化物酶(HRP)的方法,成功的制备了过氧化氢生物传感器。采用循环伏安法考察了传感器的电化学特性,电极对H2O2在浓度为2.1×10-6-3.6×10-3(R=0.999,n=28)mol/L的范围内呈线性,检测下限为8.9×10-7mol/L(S/N=3)。该传感器具有稳定性好,线性范围宽,检测限低等优点,同时具有一定的抗干扰能力。2.在碳电极上获得有序膜的研究是一个新兴的研究领域。以碳电极为基底电极可以克服金属电极电位窗窄、膜电极耐受性差等缺点。因此,我们制备了二胺类化合物有序膜修饰的碳电极。该电极可进一步固定纳米金和生物分子,得到生物传感器,即:建立了一种将血红蛋白固定(Hb)到纳米金(GNPs)/1,6-己二胺(DAH)修饰玻碳电极以制备过氧化氢生物传感器的方法。DAH一端的氨基通过电氧化被共价的固定到电极上,其另一端的氨基则依次固定了GNPs和Hb。制备好的传感器对过氧化氢的还原具有快速而有效的响应,同时又有良好的可再现性和稳定性。电极响应与过氧化氢的浓度在1.5×10-6-5.1×10-3mol/L之间线性相关(R=0.999,n=24),检测下限为2.8×10-7mol/L(S/N=3)。
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