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纳米银是一种新兴的功能材料,具有很高的比表面积、表面活性和特殊的高催化性能,产生出与传统固体材料不同的特殊性质,另外,纳米银还具有抗菌除臭及吸收部分紫外线的功能,在生物传感器领域展现出广阔的应用前景。通过纳米级结构表面修饰技术,方便地将生物活性物质和固定化材料固定于生物传感器表面,设计特定的分子结构单元来赋予膜特定的功能,使构建的传感器具有许多优点,如灵敏度较高、响应快、特异性强、寿命较长等。本论文研究工作主要是以葡萄糖生物传感器为代表,以电化学分析系统、透射电子显微镜(TEM)等为分析手段,以交联法、层层累积法等为生物活性物质的固定化方法,研究了纳米银表面修饰对生物传感体系性能的改善以及各因素对传感器性能的影响作用,主要研究了以下三类葡萄糖生物传感器。
1.以纳米银修饰Pt电极为工作电极,戊二醛交联法固定GOD,构建了葡萄糖生物传感器,并制备未经纳米银修饰的葡萄糖生物传感器进行对比,通过循环伏安曲线对电极进行了表征,讨论了纳米银粒子大小、溶液pH值、温度等实验条件对传感器性能的影响,测试了该传感器检测范围、灵敏度、抗干扰能力及使用寿命。结果表明,纳米银具有优良的吸附性能和较好的生物相容性,为葡萄糖氧化酶提供了良好的微环境,增加了电极表面GOD的固定量,使纳米银修饰的电极明显提高了响应电流,缩短了响应时间,拓宽了检测范围,能检测出8.4.×10-6~8.0×10-3mol/L的葡萄糖浓度。尤其是纳米银的引入还降低了酶电极的工作电位,使该传感器可在工作电位为+0.35 V时测定葡萄糖含量,因此提高了酶电极的灵敏度和抗干扰能力。
2.研究了L-半胱氨酸和纳米银共同修饰制备的葡萄糖检测生物传感器酶电极的性能,优化了该酶传感器的制备过程,对纳米银增效的生物传感器酶电极的电化学特性进行了分析。验证了纳米银修饰Au电极对H2O2良好的电催化能力,证明了其可以增强H2O2氧化还原反应的响应电流,而且工作电位在0.3 V时出现明显的氧化还原峰;较为突出的是纳米银的引入,加速电子在GOD和Au电极表面的传递,该修饰电极电流响应极快,1.6到2秒即可达到稳态电流的95%,2到3秒后即可达到稳定电流,平均响应时间小于5s,并且无需再加入其他导电聚合物来缩短响应时间;同时纳米银优良的生物相容性和对葡萄糖氧化酶较好吸附作用,这使酶电极在使用重复性和使用寿命的表现上突出。
3.另外,文中还研究了层层累积法在纳米银修饰酶电极中的应用,分别以铂电极和修饰上L-半胱氨酸的金电极为基础电极,采用层层累积的自组装方法将纳米银和GoD逐层固定到电极上,结果证明纳米银和GOD之间的吸附作用并不能实现两者的自组装。