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青岛科技人学f i j f 究生学何论文 纳米材料在电化学生物传感器中的应用研究 摘要 纳米材料由于其特殊的结构而产生了一系列独特的物理、化学性质。将纳米 材料作为一种新型的生物传感介质应用于生物化学领域吸引了众多研究者的兴 趣。纳米材料修饰的电化学生物传感器的研制是纳米技术与生命科学的交叉，它 可以在纳米尺度空间从分子层次上研究目标分子的结构与功能的关系，解决纳米 技术在生物医学领域以及环境检测领域中应用的基础问题，发展新技术和新方 法。本论文将生物化学、纳米技术和电分析化学理论和方法有机地结合起来，致 力于构建新型纳米材料修饰的电化学传感器，本论文共分五个部分。 i 合成了一种用于处理废水中重金属的新型硅纳米多孔吸附剂，同时以铜 离子( c u 2 + ) 作为废水处理中重金属离子的模板，验证了这种新型材料在废水处理 过程中的的有效性。以蔗糖和聚乙二醇为印迹分子，将含有致孔剂、壳聚糖和无 机硅烷的混合溶液涂覆于硅胶表面，通过室温下壳聚糖与) ，环氧丙氧丙基三甲氧 基硅烷的共价交联、有机一无机杂化制备得到以硅胶为支持物、具有表面多孑l 结 构的壳聚糖基质。电解废水经过柱层析后，c u 2 + 的浓度得到了很好的修正。制备 的印迹吸附材料就有很好的再生利用性，制备方法简单，制备过程中没有使用有 机溶剂，成本低，效果好，稳定性强，在生物吸附领域就有很好的应用前景。 i i 以半胱胺( c y s t e a m i n e ) 修饰的金电极为基础电极，以戊二醛( g l u t a r a l d e h y d e ) 为交联剂，利用希夫碱：( s c h i f f b a s e ) 反应，将表面经过氨基修饰的纳米二氧化硅粒 子( s i o ：zn a n o p a r t i c l e s ) 固定在电极表面上，制成d n a 纳米生物传感器，用于d n a 片段的检测。 将胶体纳米金和羧基功能化的c d s 纳米粒子固定在金电极表面，制成一 种新型的电化学生物传感器。胶体纳米金和c d s 纳米粒子在电极表面上良好的导 电性和生物兼容性，为d n a 的固定提供了较大的比表面积和充足的结合位点。 在整个的电极组装过程中，电化学循环伏安法( c v ) 和电化学交流阻抗法( e i s ) 被用 于表征每一步的组装过程。以邻菲咯啉钴 c o ( r h e n ) 2 ( c 1 ) ( h 2 0 ) c l 2 h 2 0 作为指不 剂，运用微分脉冲伏安技术( d p v ) 考察了d n a 的固定和杂交过程。本文所制备的 新型传感器在检测d n a 过程中显示了良好的灵敏度、选择性、重现性和稳定性。 纳米材料在电化学生物传感器中的应用研究 将金纳米粒子( a un p s ) 和硫化铅纳米粒子( p b sn p s ) 固定在修饰磁球的表 面上，利用了生物条形码和金纳米粒子信号的放大作用，制备了一种新型灵敏的 d n a 电化学生物传感器。通过静电作用将聚丙烯胺氢氯化物聚苯乙烯磺酸钠聚 丙烯胺氢氯化物聚丙烯酸( p a h v s s p a h z e a a ) 在磁球表面依次进行了修饰，使磁 球表面具有更多的自由羧基来固定氨基修饰的捕获d n a ，该传感器首先将氨基功 能化的捕获d n a 探针结合到磁球上，然后再与靶d n a 的一端杂交，耙d n a 的另 一端和标记a u 纳米粒子的d n a 探针杂交。a u 纳米粒子上d n a 的固定采用了生物 条形码技术，将p b s 纳米粒子作为检测靶d n a 的一种标记物，通过d n a 链固定在 a u 纳米粒子，来提高该生物传感器的灵敏度。p b s 纳米粒子的电化学溶出法测定 铅，通过阳极溶出伏安技术( a s v ) 预富集铅离子的过程进一步提高了传感器的灵 敏度。研究结果表明，该方法制备的生物传感器具有很好的选择性和灵敏度。 v 利用多壁碳纳米管和室温离子液体( r t i l ) ，n 丁基吡啶一六氯代磷酸盐 ( b p p f 6 ) 的混合纳米材料构建了一种新型微过氧化物酶( m p 1 1 ) 生物催化的用于检 测过氧化氢的电化学生物传感器。传感器电化学信号响应快，灵敏度高，稳定性 好，具有很好的生物活性和选择性。 关键词：纳米材料电化学传感器d n a 酶 青岛科技人学研究生学位论文 t h ea p p l i c a t l 0 na n ds t u d yo fe l e c t r o c h e m i c a l b i o s e n s o r sb a s e d0 nn a n o m a t e i u a l s a b s t r a c n a n o m a t e r i a l sh a v es p e c i a ls t r u c t u r e ，w h i c hr e s u l t si ns e r i a l so fi n t e r e s t i n g c h e m i c a la n dp h y s i c a lp r o p e r t i e s i no u rw o r k ，t h en a n o m a t e r i a l sa r eu s e dt oc o n s t r u c t t h ee l e c t r o c h e m i c a lb i o s e n s o r sb ym e a n so ft h ec o m b i n a t i o no fb i o c h e m i s t r ya n d e l e c t r o c h e m i c a lm e t h o d s 、a n dw ea i mt od e v e l o pn e wt y p e so fb i o s e n s o r sb a s e do n n a n o m a t e r i a l sf o rt h ep u r p o s eo fi m p r o v i n gt h el o n g t e r ms t a b i l i t ya n dt h eh i g h e r s e n s i t i v i t yo f b i o s e n s o r s t h ed e t a i l sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) an e wp o r o u ss o r b e n tf o r w a s t e w a t e rt r e a t m e n to fm e t al i o n sw a s s y n t h e s i z e db yc o v a l e n tg r a f t i n go fm o l e c u l a r l yi m p r i n t e do r g a n i c - i n o r g a n i ch y b r i do n s i l i c ag e l w i t hs u c r o s ea n dp o l y e t h y l e n eg l y c o l4 0 0 0 ( p e g4 0 0 0 ) b e i n gs y n e r g i c i m p r i n t i n gm o l e c u l e s ，c o v a l e n ts u r f a c ec o a t i n go ns i l i c ag e lw a sa c h i e v e db yu s i n g p o l y s a c c h a r i d e i n c o r p o r a t e ds o l - g e lp r o c e s ss t a r t i n gf r o mt h ef u n c t i o n a lb i o p o l y m e r , c h i t o s a na n da n i n o r g a n i ce p o x y - p r e c u r s o r , g a m m a g l y c i do x y p r o p y l t r i m e t h o x y s i l o x a n e ( g p t m s ) a tr o o mt e m p e r a t u r e t h ep r e p a r e dp o r o u s s o r b e n tw a s c h a r a c t e r i z e db yu s i n gs i m u l t a n e o u st h e r m o g r a v i m e t r ya n dd i f f e r e n t i a ls c a n n i n g c a l o r i m e t e r ( t g d s c ) ，s c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p y ( s e m ) ，n i t r o g e na d s o r p t i o n p o r o s i m e t r ym e a s u r e m e n ta n dx r a yd i f f r a c t i o n ( x r d ) c o p p e ri o n ，c u p ，w a sc h o s e n a st h em o d e lm e t a li o nt oe v a l u a t et h ee f f e c t i v e n e s so ft h en e wb i o s o r b e n ti n w a s t e w a t e rt r e a t m e n t t h ei n f l u e n c eo fe p o x y - s i l o x a n ed o s e b u f f e rp ha n dc o e x i s t e d i o n so nc u 纣a d s o r p t i o nw a sa s s e s s e dt h r o u g hb a t c he x p e r i m e n t s t h ei m p r i n t e d c o m p o s i t es o r b e n to f f e r e daf a s t k i n e t i c sf o rt h ea d s o r p t i o no fc u p t h eu p t a k e c a p a c i t yo ft h es o r b e n ti m p r i n t e db yt w op o r e - b u i l d i n gc o m p o n e n t sw a sh i g h e rt h a n t h o s ei m p r i n t e dw i t ho n l yas i n g l ec o m p o n e n t t h ed y n a m i ca d s o r p t i o ni nc o l u m n u n d e r w e n tag o o de l i m i n a t i o no fc u 2 + i nt r e a t i n ge l e c t r i cp l a t i n gw a s t e w a t e r t h e p r e p a r e dc o m p o s i t e s o r b e n te x h i b i t e dh i g h r e u s a b i l i t y e a s yp r e p a r a t i o n o ft h e d e s c r i b e dp o r o u sc o m p o s i t es o r b e n t ，a b s e n c eo fo r g a n i cs o l v e n t s ，c o s t e f f e c t i v e n e s s a n dh i g hs t a b i l i t ym a k et h i sa p p r o a c ha t t r a c t i v ei nb i o s o r p t i o n ( 2 ) af e a s i b l ea p p r o a c hm o d i f i e dn a n o s i 0 2p a r t i c l e so nt h ea ue l e c t r o d es u r f a c e t oc o n s t r u c tan o v e ld n ab i o s e n s o ri sd e s c r i b e d o nt h eb a s i so fs c h i f fb a s er e a c t i o n 纳米材料在电化学生物传感器中的戍川研究 b e t w e e nt h e - c h og r o u p sa n d n h 2g r o u p s ，c y s t e a m i n ea n dg l u t a r a l d e h y d ew a su s e d a sc o v e l e n ta t t a c h m e n tc r o s s 1 i n k e r s t h ec o v a l e n ta t t a c h m e n tp r o c e s s e sw e r ef o l l o w e d a n dc o n f i r m e d b yc y c l i cv o l t a m m e t r y ( c v ) a n de l e c t r o c h e m i c a li m p e d a n c e s p e c t r o s c o p y ( e i s ) t h eh y b r i d i z e dd s d n ab i o s e n s o rw a ss t u d i e db yd i f f e r e n tp u l s e v o l t a m m e t r y ( d p v ) f r o mt h ea n a l y s i so fv o l t a m m e t r i cs i g n a l s ，t h el i n e a rr e s p o n s e r a n g eo ft h eb i o s e n s o ri s6 x1 0 - 8m 8 1 0 | 0m t h ed e t e c t i o nl i m i ti s3 1 0 一0m i na d d i t i o n ，t h es e n s i t i v i t yb i o s e n s o ri se a s i l ym a n i p u l a t e da n de x h i b i t e dg o o ds t a b i l i t y a n dl o n g t e r ml i f e ( 3 ) i nt h i sa r t i c l e ，c o l l o i d a lg o l dn a n o p a r t i c l e s ( a un p s ) a n dc a r b o x y l g r o u p f u n c t i o n a l i z e dc d sn a n o p a r t i c l e s ( c d sn p s ) w e r ei m m o b i l i z e do nt h ea u e l e c t r o d es u r f a c et of a b r i c a t ean o v e le l e c t r o c h e m i c a ld n ab i o s e n s o r b 0 t ha un p s a n dc d sn p s ，w e l lk n o w nt ob eg o o db i o c o m p a t i b i l ea n dc o n d u c t i v em a t e r i a l s ，c o u l d p r o v i d el a r g e r s u r f a c ea r e aa n ds u f f i c i e n ta m o u n to fb i n d i n gp o i n t sf o rd n a i m m o b i l i z a t i o n c y c l i cv o l t a m m e t r y( c v ) a n de l e c t r o c h e m i c a l i m p e d a n c e s p e c t r o s c o p y ( e i s ) e x p e r i m e n t sw e r ep e r f o r m e dt o f o l l o wt h ew h o l ee l e c t r o d e f a b r i c a t i o np r o c e s s d n ai m m o b i l i z a t i o na n dh y b r i d i z a t i o nw e r ec h a r a c t e r i z e dw i t h d i f f e r e n t i a lp u l s ev o l t a m m e t r y ( d p v ) b yu s i n g c o ( p h e n ) 2 ( c 1 ) ( h 2 0 ) 】c 卜2 h 2 0a sa n e l e c t r o c h e m i c a lh y b r i d i z a t i o ni n d i c a t o r w i t ht h i sa p p r o a c h ，t h et a r g e td n ac o u l db e q u a n t i f i e da tal i n e a rr a n g ef r o m2 0 10 t o1 0 10 m w i t had e t e c t i o nl i m i to f 2 0 10 mb y3 6 i na d d i t i o n ，t h eb i o s e n s o re x h i b i t e dag o o dr e p e a t a b i l i t ya n d s t a b i l i t yf o rt h ed e t e r m i n a t i o no fd n as e q u e n c e s ( 4 ) an o v e la n ds e n s i t i v es a n d w i c he l e c t r o c h e m i c a lb i o s e n s o rb a s e do nt h e a m p l i f i c a t i o no fm a g n e t i cm i c r o b e a d sa n da un a n o p a r t i c l e s ( n p s ) m o d i f i e dw i t hb i o b a rc o d ea n dp b sn a n o p a r t i c a l sw a sc o n s t r u c t e di nt h ep r e s e n tw o r k i nt h i sm e t h o d ， t h em a g n e t i cm i c r o s p h e r e sw e r ec o a t e dw i t h4l a y e r sp o l y e l e c t r o l y t e si no r d e rt o i n c r e a s ec a r b o x y lg r o u p so nt h es u r f a c eo ft h em a g n e t i cm i c r o b e a d s ，w h i c he n h a n c e d t h ea m o u n to ft h ec a p t u r ed n a t h ea m i n o f u n c t i o n a l i z e dc a p t u r ed nao nt h es u r f a c e o fm a g n e t i cm i c r o b e a d sh y b r i d i z e dw i t ho n ee n do ft a r g e td n a ，t h eo t h e re n do f w h i c hw a sh y b r i d i z e dw i t hs i g n a ld n a p r o b el a b e l l e dw i t ha un p so nt h et e r m i n u s t h ea un p sw a sm o d i f i e dw i t hb i ob a rc o d ea n dt h ep b sn p sw a su s e da sam a r k e l f o r i d e n t i f y i n gt h et a r g e to l i g o n c l e o t i d e t h em o d i f i c a t i o no fm a g n e t i cm i c r o b e a d sc o u l d i m m o b i l i z em o r ea m i n o - g r o u pt e n n i n a l c a p t u r ed n a ，a n dt h eb i ob a rc o d ec o u l d i n c r e a s et h ea m o u n to fa unp st h a tc o m b i n e dw i t ht h et a r g e td n a t h ed e t e c t i o no f l e a d i o n sp e r f o r m e db ya n o d i cs t r i p p i n g v o l t a m m e t r y ( a s v ) t e c h n o l o g yf u r t h e l i m p r o v e dt h es e n s i t i v i t yo ft h eb i o s e n s o r a sar e s u l t t h ep r e s e n td n ab i o s e n s o r s h o w e dg o o ds e l e c t i v i t ya n ds e n s i t i v i t yb yt h ec o m b i n e da m p l i f i c a t i o n u n d e rt h e o p t i m u mc o n d i t i o n s ，t h el i n e a rr e l a t i o n s h i pw i t ht h ec o n c e n t r a t i o no ft h et a r g e td n a 青岛科技大学研究生学位论文 w a sr a n g i n gf r o m2 0 1 0 1 4mt o1 0 1 0 1 2ma n dad e t e c t i o nl i m i ta sl o wa s5 0 1o 1 5mw e r eo b t a i n e d ( 5 ) an o v e ln a n o c o m p o s i t em a t e r i a lo f m u t i w a l l e dc a r b o nn a n o t u b e s ( m w c n t s ) a n dr o o m - t e m p e r a t u r ei o n i c l i q u i d ( r t i l ) n - b u t y l p y r i d i n i u mh e x a f l u o r o p h o s p h a t e ( b p p f 6 ) w a se x p l o r e da n dw a su s e dt oc o n s t r u c ta n o v e lm i c r o p e r o x i d a s e 1 1 ( m p 一11 ) b i o s e n s o rf o rt h ed e t e r m i n a t i o no fh e 0 2 c y c l i cv o l t a m m e t r y ( c v ) a n dd i f f e r e m i a l p u l s ev o l t a m m e t r y ( d p v ) w e r eu s e dt oc h a r a c t e r i z et h ep e r f o r m a n c eo ft h eb i o s e n s o r u n d e rt h eo p t i m i z e de x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ，h 2 0 2c o u l db ed e t e c t e di nal i n e a r c a l i b r a t i o nr a n g eo f0 5 1 0 - 7 7 0x10 qmw i t hac o e l a t i o nc o e 伍c i e n to f0 9 9 4 9 ( n = 9 1a n dad e t e c t i o nl i m i to f3 8 x10 出ma t3 g 1 1 1 em o d i f i e de l e c t r o d e sd i s p l a y e d e x c e l l e n te l e c t r o c h e m i c a l r e s p o n s e ，h i g hs e n s i t i v i t y , l o n g - t e r ms t a b i l i t y , g o o d b i o a c t i v i t ya n ds e l e c t i v i t y k e y w o r d s ：n a n o m a t e r i a l s ；e l e c t r o c h e m i c a lb i o s e n s o r ；d n a ；e n z y m e ； v 纳米材料红电化学生物传感器中的戍川研究 独创性声明 本人声明所晕交的论文足我个人住导师指导f 进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请 的论文或成果。与我同 ：作的州：忐对本研究所做的仟何贡献均已在论文中做了 明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有1 i 实之处，本人承担切相关责任。 本人签名：如孥 f i = = l 期： 西年名月伊f i l 。 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完令了解f 譬岛科技人学有关保留、使用学位论文的规定，有 权保留“i j 凼家彳j 关部1 1 j 或机 ： = f 送交论文l ，| 勺复印什干l l 磁盛，允许论文被查l 砌和借 阅。本人授权学校j 以将学何论文的全部或部分内容编入有关数据库进行捡索， 可以采刖影印、缩i = i j 或拙等复制于段保仔、jr - ：编学位论文。本人离校后发表或 使用学化沦文或j 该论文“接j 1 l 天的学术论文或成果时，署名单位仍然为青岛科 技火学。( 保密的学位沦文扯解密后适川本授权二l r 5 ) 本学位论文属于： 保密口，初：年解密后适j _ f j 于本声明。 小f 宋桁口。 ( 请化以i ：办框内打“”) 本人签名：啦午 删獬：。坌 i “ij j ：砷f f 厂月修i ：i fi 期：知、哆年歹j 二j 伊ii ， 青岛科技人学研究生学何论文 第一章绪论 在宏观领域与微观领域之间，存在着块近年爿引起人们极大兴趣的领地。 在这一领地内，包含着由微米、亚微米、纳米到团簇尺寸的小颗粒材料，它们被 称为纳米材料又称纳米结构材料( n a n o s t r u c t u r em a t e r i a l s ) 。这一既不同于宏观领域 又不同于微观领域的材料由于其三维尺寸均很小使其具有了许多奇特的性质，例 如小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等等，这些特 性被称为纳米特性或纳米效应。纳米尺度的结构及其性能特异性，打丌了通向未 知世界的一扇大门，为人类的创新研究提供了新思路。纳米材料已经成为当前科 学研究领域的热点，。纳米材料已被广泛应用于电子学、机械、汽车、i t 、化学 以及医药等众多领域，在不远的将来，纳米材料将发挥越来越大的作用。因而， 纳米材料被美国材料科学学会誉为“2 l 世纪最有自订途的材料”。 纳米科技的发展为分析化学的发展提供了一种新的机遇，学科的交叉与融合 有可能促进分析化学自身的发展。利用纳米材料的尺度结构及其性能特异性，纳 米颗粒可以广泛地应用于电化学生物传感器中敏感分子( 酶、核酸、抗原抗体等) 的固定、信号的检测和放大，使得传感器的检测灵敏度大幅提高，检测的反应时 间得以缩短，并且可以实现高通量的实时检测，为电化学传感器的发展提供了新 的研究途径和巨大的空间，广泛的应用于生命科学领域的检测。由于其灵敏高， 选择性好，设备简单，检测迅速和容易实现在线活体检测等，在临床诊断、食品 和发酵工业、环境监测、生物工程、分析化学和训练运动员等方面表现出相当广 泛的应用j 订景。 1 纳米材料概述 1 1 纳米材料的定义 1 9 8 1 年德国萨尔兰大学的学者g l e i t e r , h 首次提出了纳米材料的概念。1 9 9 0 年7 月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议，证式宣布纳米材料科学为材 料科学的新分支。纳米材料是指二维空间中至少有维处于纳米尺度( 卜1 0 0a m ) 范围内的材料或由它们作为基本单元组装而成的结构材料，包括金属、氧化物、 无机化合物和有机化合物等。 纳米材料在电化：学生物传感器中的麻朋研究 1 2 纳米材料的分类 纳米材料按维数可分为：零维的纳米颗粒和原子团簇，它们在空问的三维尺 寸均在纳米尺度内( 均小于1 0 0n m ) ；一维的纳米线、纳米棒和纳米管，它们在空 间有二维处于纳米尺度：二维的纳米薄膜、纳米涂层和超品格等，它们在空问有 一维处于纳米尺度。因为这些维数不同的纳米材料通常都具有量子特性，所以对 零维、一维和二维纳米材料又分别称之为量子点，量子线和量子阱。按材料的物 性可分为：纳米半导体材料，纳米磁性材料，纳米非线性光学材料，纳米铁磁体 材料，纳米超导体材料，以及纳米热电材料等。按化学成分可分为：纳米会属， 纳米品格，纳米陶瓷，纳米玻璃，以及纳米高分子等。按照材料的几何形状特征， 可以把纳米材料分为：纳米颗粒与粉体、纳米碳管和纳米线、纳米带材、纳米薄 膜、多孔材料( 如多孔碳，分子筛) 、纳米结构材料等。按应用可分为：纳米电子 学材料，纳米光电子材料，纳米生物医学材料，纳米敏感材料，以及纳米储能材 料等。 1 3 纳米材料的特征 在纳米尺度下，物质中电子的波性以及原子之间的相互作用将受剑尺度大小 的影响。在这个尺度时，物质会出现完全不同的性质： ( 1 ) 表面效应 当物质的直径减小到纳米尺度时，会引起它的表面原子数、表j f f 积和表面能 的大i 隔度增加。由于表面原子的周吲缺少十h 邻的原子，使得物质小现犬量剩余的 悬键而具有f i 饱和的性质。f 刊时，表面坂f 具有岛度活性，且极4 i l 急定，它们很 容易与外界的原子结合，形成稳定结构。 ( 2 ) 小尺寸效应 随着物质尺寸的量变，在一定条件卜会引起物质的性质的质变。 h 。= 物质尺 寸变小所引起的宏观物理，陀质的变化称为小尺、j 效应。纳米颗粒， 一l 加妯 图1 2 纳米金在电化学传感器中应用的示意图i t 6 1 f i g 1 2s c h e m eo ft h ea p p l i c a t i o no fa un a n o p a r t i c l e si ne l e c t r o b i o s e n s o r 湖i 妇人学f j 桦研究小组将抗体川定存纳水金村i 轻磷狄斫的朵化纳米材料中， 托彳i 涎金”的投面修饰l 斗! 胱氨酸1 1 1 ，i t j i l , 4 定纳米会和轻磷狄t i 的杂化纳米材 料，然后将抗体州定符：f u 极t f i i ，然后通过彳一微人x r 技术埘样晶溶液- i l 的a f p 。5 1 进 j ：愉测，线性范刚1 5 3 6 0 0n gm l 一。所h ，该实验窀在2 0 0 5 年使用种翰便 ( = 妻) 争争s争争一一一一 n”旺 一一一一 nh廿 竺 i 囟 一 h 一 【=i，_ n” 嚣 袋嵇鹱 争争争争 s 争 一一一一一 降卜lli上_小 纳米材料在l u 化学生物传感器t | - 的府川i , j f 宄 的方法通过引入不同长度的碳链疏基羧酸化合物，通过e d c 和n h s 活化将抗体 吲定a t 传感器的表面，通过石英微天平对血清r 】a n t i p e r m 抗体检测，线性范围为 3 23 3 0 0m um l ，检测限为1 l2m um l 。，浚一沾和标准的酶联免疫分析法 ( e l i s a ) l u 比，相埘标准偏差, b t 二8l 【l “。这种简便f f j 方法在2 0 0 6 午1 4 - 个实 验窀对其进行了改进，其抗体的固定过程如图1 - 2 ，该方法引入了纳米金，将不 hk 度的碳链疏基段酸化合物破在外面，然后通过e d c 和n h s 活化将抗体剧定 尢传感器的表面，线性范1 为2 5 6 0 0 m u m l 一，检测限为1 0 m u m l l _ “i ，和没有 使月j 纳米金相比，线性范m 提高了，检测限降低了。 i _ i 鼹 囤i 。3 在电致发光传感嚣中纳米金粒子信号放托作用示意图i f i g1 3s c h e l n eo fa m p i i f i e de l l r o c h e m i l u m i e s e n e ed e t e c t i o no f l d lu s i n g a un a n o p a r l i c l e s 翰、洪渊研究小组( 1 8 】利j h o d s 纳米粒r 的发光特m 通过自i 装将低惭f 业小讣r 蛋白固定在会电椒i ( 如圈i 一3 ) 。利j 1 j 纳水a u 的化学竹叶的放大作川制箭成i u 敛戏 光传感器，使得传感器的灵敏度大大提高，榆测f | j 线性范为0 0 2 5 一1 6n g m l 。， 榆洲瞅达到o0 0 6n g m l 。刚州应用j ：人m 告一 j l d l 蚩f i 的舱洲，i | ) ( 褂了良”们 f 1 6 床应效粜。 1 6 碳纳米管 碳纳米管( c a r b o n n a n o t u b e s ，c n t ) 足i 碱 j l _ f 构成的类撕耀、川i i 卷垃 的数层同轴中空维管状碳结构，植，：碳同禁抖 j 体家族中的个新成挝( 如 l - 4 ) 。碳纳米管层与层之川保持川定的瑚趴，人约为03 4n m ，n 仟艘为2 - 2 0 n ， 舞篱藏 y一，一v一、一r一 。囊 ，hr，r、r、rr ，一；t“yr一，一 青岛科技人学研究生学位论文 而长度可以达到微米数量级。根据碳管壁中碳原子层的数目而分为单壁碳纳米管 ( s i n g l e - w a l l e dc a r b o n n a n o t u b e s ，s w n t ) 和多壁碳纳米管( m u i t i p l c _ w a l l c a r b o n n a n o t u b e s ，m w n t ) 。碳纳米管困其独有的结构和奇特的物理、化学特性，成为 世界范围内的研究热点之- - 1 1 9 - 3 0 l 。罗国安综述了碳纳米管自发现以来在分析化学 领域中的一些研究成果川。 图1 4 碳纳米管示意图 f i g1 4 t h e d i a g r a mo f c a r b o n n a n o m b c z w i l l n c 一”1 的研究小组研究了葡萄糖氧化酶在s w n t 上的直接电子传递，他们 认为酶与s w n t 术端结合后自组装在电极表向史易于控制酶与t 乜极问的电子传 递速牢；) j 宵而，s w n t 独特的纳米结构起到了分子导线的作川，将电f 传递 到酶的氧化进蟓叫心，从而实现了酶的直接电_ f 转移。焦垒等人i3 3 1 利朋电化学沉 积法在单罐碳纳米管和2 ，6 - 二羧基吡啶聚合物表面制备了一层纳米z r 0 2 用于检 测特定序列的p a t 片段。y u z h o n g z h a n g 等人口4 】将多壁碳纳米管和纳米金聿i ；! 予利 用层层白组装法制备了一种新的电化学d n a ! l 物传感器埘靶酣a 检测的线性 范围为o5 00 in m 检测限达到7 5p m 。在d n a 杂交条件r ，传感器表现了 良好的煎现悱和稳定性。 2 电化学生物传感器简介 r u 化学牛物传感器则是指山牛物材料作为敏感元件，电极( 固体 b 极、离子选 样悱l 乜械、。e 敏乜极等) 作为转换兀件，以 b 势或电流为特征检测信q 的博感器。 如i 割1 - 5 址u 化学牛物传感器基本构成小意图。山干使用生物材料作为传感器的 敏感儿仆，l j l f 咀f u 化学生物传感器具有高度选择性，是快速，卣接秩取复杂体系 纰成竹息f j 川心分析 h 。些研究成果已n ，k 物技术、食品t 业、临床检测、 阪约川p 、l - 物l 学、耶境分析等领域获得安断；应用。根掘作为敏感，l 件所j f j 生 物材料的小呲l u 化学牛物传感器分为酶电极传感器、微生物电极传感器、电化 纳米材料住电化学生物传感器中的戍川研究 学免疫传感器、组织电极与细胞器电极传感器、电化学d n a 传感器等。 图i - 5 电化学生物传感器基本构成示意图， f i g 1 5t h eb a s i cc o m p o n e n ts k e t c hm a po fe l e c t r o c h e m i c a lb i o s e n s o r 2 1 生物材料的修饰( 或固定) 方法 生物功能物质i 直i 定方法都必须满足生物功能物质活性保持和所制备传感器 的稳定性，这足制作生物传感器的最为关键部分。为了研制灵敏度高、选择性好、 廉价和寿命长的生物传感器，固定化技术已成为【j j ：界各国竞棚研究和探索的 标。经过科研二f j 作者们不断努力，已经建立诈：多闹定化方法。 2 1 1 乓价键合同定法 将电极表面进行化学处理和修饰，然后将生物功能物质通过化学试剂以共价 键的方式结合定于电极表面的一种陋l 定化方法。r 【l 极表面的共价键合较l | 及附困 难，但提供了较稳定的固定化生物敏感膜，冈此被较多地采用。以r 1 化学d n a 传感器为例，般是在电极表面引入活性基随1 ，如羧綦，羟基，氨基，对核苷酸 进 j ：衍，i i ，往其未端引入功能团，然后通过共价键合反j 、证使阍体罐质i f i f 的i 舌性基 团jd n a 分fl ：f 1 9 氨肇、磷酸基臀形成j 上价键( 如酰胺键、玛自键、醚键等) ，使 d n a 分j t 川定剑体表而。焦奎i3 6 】等人利用玻碳表嘶修饰掺杂有氯化镁的2 ，6 二羧坫吡啶聚合物，利片j 电极一j ：的羧基和d n a 片段j 二的氨毖进行共价结合，来 检测p a t 与片段。杜汀燕【3 7 】等人住碳纳米 ：( c n t s ) 修饰破碳( g c ) 后搿剑 c n t s g c 乜极的雉础二，分别用吸附法和，匕价键合法制备了脱瓴核柳汁亥酸( d n a ) 修饰的c n t s g c 电极。以硫堇( t h ) 为i 乜化学指，j 剂，川循环伏安、，j ：笨脉川一伏安、 交流| | 【抗法等测试技术刈制备的修饰r u 极进行了f u 化学太征。常；缸欣i 蚓等人将= f i 墨f 乜极农i f i i 4 化成羧璀，然后利用模板法任彳州逞i u 极刘符了就订敛密均向敛 。陛的聚笨恢纳米管，利用聚苯胺j ：的氨艇和d n a 链木端的磷酸酯璀川逃ij ：结合， 制衙成了种简竹，儿灵敏度高的电化学d n af 簟感器，检测限l i j 4 ：i 厶到3 7 5 9f m 。 2 1 2 包州蚓定法 青岛科技人学研究生学位论文 包埋固定法是将生物分子直接包埋在多聚合物中一利- 方法，分为溶胶凝胶法 和微囊化法包埋 去般不涉及化学反应，生物功能物质v , j q - 物活性能得到较好的 保持。所j r f j 凝胶t 有聚丙烯酰胺、聚氯乙烯( p v c ) 、聚乙烯醇( p v