课程论文基于LDHs的胆碱电流型酶生物传感器

1、存档日期： 存档编号: Xxxx大学研究生课程论文课程名称： 酶学与生物催化 课程代号： Bio520 任课教师： xxxxxxx 完成日期： 2015年 5 月15日 专 业： xxxxxxxxxxxxxxx 学 号： 2014051073 姓 名： xxxxx x x 成 绩： 目录摘要1（一） 文献综述21、 生物传感器21.1 生物传感器的概念21.2 生物传感器的原理21.3 生物传感器的分类1432、 酶生物传感器32.1 酶生物传感器的分类32.2 酶的固定化方法62.3 酶的固定化材料63、 无机/有机纳米复合材料73.1 水滑石73.2血红蛋白的结构9（二） 课题目标、研究内

2、容以及难点、创新点分析131选题的立论、目的和意义132研究内容：133研究方案134本课题难点分析135创新之处14参考文献15致谢17摘要 本文从传感器的发展出发，简要介绍了生物传感器的历史、现状及未来；水滑石作为电化学应用中具有发展前景的一种新型材料在酶固定化中的应用以及氨基酸序列相关结构。主要研究一种基于LDHs的胆碱电流型酶生物传感器。带负电荷的生物酶通过静电作用有效地固定在带正电荷的LDHs层板间。以期获得渗透性能好、灵敏度高以及操作简便的新型生物传感器。关键词：生物传感器，酶固定化，水滑石，灵敏度基于LDHs的胆碱电流型酶生物传感器（一） 文献综述生物传感器1是在化学传感器的基础

3、上发展起来的，是现代生物技术与微电子学、化学等多学科交叉结合的产物。它与传统的化学传感器和离线分析技术(HPLC或质谱)相比，具有方便、省时、选择性高、精度高、分析速度快、操作简易、仪器价格低廉、便于计算机收集和数据处理，又不会或很少损伤样品和造成污染等优点，而且可以进行在线甚至活体分析。目前，生物传感器已经成功应用于医学诊断2-4、食品工业5-8、环境检测9,10、国防军事11及人类卫生保健12等诸多领域。1、 生物传感器1.1 生物传感器的概念生物传感器是一种精致的分析器件，它结合一种生物的或生物衍生的敏感元件与一只理化换能器，能够产生间断或连续的数字信号，信号强度与被分析物成比例13。1

4、.2 生物传感器的原理生物传感器一般有两个组成部分：一部分是分子识别元件(感受器)，由生物活性物质构成，直接和待检测物质接触，具有分子识别能力，有的还能够放大反应信号。另一部分是信号转换器(换能器)，主要是电化学或光学检测元件。它可以将生物识别事件转换为可检测的信号。当待测物与分子识别元件特异性地结合后，所产生的复合物(或光、热等)通过信号转换器转变为可以输出的电信号、光信号等，从而达到分析监测的目的。生物传感器的原理可用下图1.1来表示。图1.1 生物传感器的原理示意图1.3 生物传感器的分类14由于生物传感器的种类繁多，分类方法也多种多样，一般有两种分类法，即分子识别元件分类法和器件分类法

5、：根据分子识别元件的不同可分为酶传感器、免疫传感器、酶免疫传感器、组织传感器、细胞器传感器、核酸传感器、微生物传感器、分子印迹传感器等。其中前分子印迹分子识别元件属于生物衍生物。器件分类法是根据所用换能器不同对生物传感器进行分类，主要包括电化学生物传感器、生物电极、光生物传感器、热生物传感器、半导体生物传感器、电导/阻抗生物传感器、声波生物传感器、微悬臂生物传感器。2、 酶生物传感器1962年Clark和Lyon两人提出酶电极的观念，从而把酶催化反应的高度专一性和电极响应的高度灵敏性结合起来15。酶作为分子识别器件的电化学生物传感器成为酶传感器。酶传感器是有一个固定化的酶敏感膜和与之密切结合的

6、电极组成的换能系统，它把固化酶和电极结合在一起，因而具有独特的优点：()它既有不溶性酶体系的的优点，又具有电化学系统的高灵敏性；()由于酶的专属反应性，使其具有很高的选择性，能够直接在复杂试样中进行测定。因此，酶传感器在生物传感领域中占有非常重要的地位。2.1 酶生物传感器的分类在工作电极的顶端紧贴一层酶膜就构成了一支酶传感器。工作电极包括离子选择电极、气敏电极、氧化还原电极等。当酶传感器浸入被测溶液后，溶液中的待测物质通过扩散浸入酶膜，发生酶促反应，产生或消耗一种电活性物质，这种物质与待测物质之间有严格的化学计量关系。电活性物质的产生或消耗量可以通过点位或电流模式进行检测。因此，酶传感器可分

7、为电势型和电流型两类。电势型酶传感器是将酶促反应所引起的物质量的变化转化成电势信号输出，电势信号大小与底物浓度的对数值呈线性关系。所用的基础电极主要有pH电极、氨气敏电极、CO2电极、离子选择性电极或场效应管等，基础电极能影响酶传感器的响应时间、检测下线等性能。同时固定酶的膜层厚度、致密性、孔径大小、电荷、亲水性、甚至形貌等对酶传感器的响应、稳定性、寿命也密切相关。电势型酶传感器的使用范围不仅取决于底物的溶解度，更重要的取决于基础电极的检测限，一般为10-5-10-2molL-116。电流型酶传感器是指酶促反应产生的物质在电极上发生氧化或还原反应产生的电流信号，在一定条件下，与被测物浓度呈线性

8、关系。其基础电极主要采用氧电极、过氧化氢电极、金属电极、炭、碳材料电极等。它的发展主要包括三个阶段。第一代酶传感器采用天然介体氧的催化机理设计制作；第二代酶传感器是将诸如二茂铁、铁氰化钾等物质作为媒介体掺入酶层中，以减少溶解氧的干扰；第三代酶传感器是指在无介体存在下，利用生物活性酶与电极间的直接电子传递制作的生物传感器17。1).第一代经典电化学生物传感器 1962年，在纽约科学院学术会议上，Leland C.Clark Jnr 教授首次描述了酶传感器；1967年Updike和Hicks制成了第一个葡萄糖酶电极生物传感器，它标志着第一代生物传感器的诞生，从理论和实践上为生物传感器的发展奠定了基

9、础。随后研究者先后尝试了聚乙烯碳酸酯膜和多孔膜包埋法14、重氮化法18、牛血清蛋白-多聚甲醛膜法、牛血清蛋白-戊二醛交联法19等技术方法，取得了良好的效果，酶活力回收和稳定性都达到实用化要求。其中用牛血清蛋白-戊二醛交联法固定GOD性能较好，酶电极可稳定4个月。第一代生物传感器采用共价交联法可以有效地减少或消除敏感材料从载体上脱落，提高传感器的稳定性；天然介体氧直接参与酶促反应，通过电子在反应中心与电极表面之间的传递，实现生化反应信号向电信号的转换，由于直接的电子传递过程较慢，传感器对底物敏感性不够理想，而且传感器容易受到环境氧浓度的影响。此外，在电极反应的过程中，需要较高的极化电位，大约在0

10、.6-0.8V20-22，在如此高的电位下进行氧化测定，试样中共存的其它电活性物质，如抗坏血酸（维生素C）和尿酸等，也可以在此电位下氧化而产生氧化电流，给测定带来干扰，因此该方法的灵敏度和选择性相对较差。2).第二代介体酶电极生物传感器 第二代生物传感器采用化学介体或特定生物分子取代O2/H2O在酶促反应中和电极之间进行电子传递。作为良好的介体，需要具备以下条件14：极易参与有生物活性材料和电极存在的氧化还原反应，在均相和非均相体系中都能迅速进行电子传递；还原态不被氧气氧化；氧化态的再生所需要的电压低，并且不受pH影响；对生物无毒性，不被生物催化剂作为底物；易于生物催化剂共固定化；在工作或保存

11、期间有足够长的稳定时间。经过掺杂介体物质的第二代生物传感器，具有以下的优点：只需较低的极化电位，就能使介体氧化，因而减少了其它具有较低氧化还原电势物质干扰电极过程的机会；二茂铁离子不与氧起反应，使传感器对氧不敏感，能够在缺氧或者氧浓度易变化的条件下使用；二茂铁离子与还原的葡萄糖氧化酶之间的电子传递快，因而电极响应迅速；二茂铁衍生物为水不溶性，可直接限制在电极表面，无需投放到样品溶液中。第二代生物传感器采用一些非生理的氧化还原媒介体如二茂铁及其衍生物等代替氧，加强了酶与电极间的直接电子传输，起到了酶与电极间的电子开闭器作用，加速了电极反应，降低了环境干扰，但目前第二代电流型传感器还存在着介体流失

12、、电极污染及一些电活性物质的干扰等问题。3).第三代直接电化学生物传感器 直接电化学生物传感器主要用于解决酶等生物识别元件与电极之间的低效率通讯的问题。造成这种现象的原因包括：大多数蛋白质的电活性中心包埋在蛋白质分子深处，距离电极较远；蛋白质吸附在电极表面后，分子部分变性；不适合的空间取向等等。与前两代生物传感器相比，直接电化学生物传感器既不需要氧分子，也不需要化学介体分子作为电子传递体，通常还不需要固定化载体，而是将酶分子直接吸附固定到电极表面，使酶的氧化还原活性中心与电极直接“交流”，能够更快地进行电子传递，从而使酶电极生物传感器的响应速度更快、灵敏度更高，真正成为“无试剂分析”。目前研究

13、较多的是辣根过氧化物酶与电极的直接电子转移行为23, 24。另外可采用通常的媒介体物质修饰酶分子上的氨基酸残基，使酶本身具有传递电子的能力，将这种媒介体修饰的酶固定于电极上，直接进行电子转移。Battaglini25等人研究用锇的配合物与葡萄糖氧化酶共价结合后固定于电极上，对葡萄糖的响应结果表明，锇配合物修饰的酶是稳定的，固定于电极上不会造成媒介体的流失，与二茂铁修饰的酶相比有较快的电极反应。通过酶的直接电子传递，我们可以获得关于化学反应本身的动力学和热力学信息，了解生物大分子的结构和各种物理化学性质的关系，从而在以后实践中得以广泛应用。三代生物传感器的区别见图2.126 图2.1 三代生物传

14、感器的区别2.2 酶的固定化方法生物传感器中的生物活性物质酶是传感器的核心部分，但它们一般都易溶于水，且本身也不稳定，需要固定在各种载体上，才可延长酶的活性。固定化技术在很大程度上决定着传感器的性能(如:选择性、灵敏度、稳定性、检测范围与使用寿命等)。酶的固定化方法有很多种，例如吸附法、包埋法、载体结合法、交联法。任何一种方法各有优缺点，通常把几种方法综合起来固定酶的效果比较好。2.3 酶的固定化材料常用固定化材料有无机、有机聚合物、凝胶以及生物材料等。吸附法多以无机材料为载体，主要包括粘土、多孔玻璃、氧化铝及活性炭等。包埋法多以天然或合成的聚合物凝胶为载体，如:藻酸盐、树脂、聚乙烯醇、聚丙烯

15、酞胺等。3、 无机/有机纳米复合材料无机物由于其具有高强度、高刚性、高硬度而作为结构材料受到人们的青睐。同时，由于它们光谱谱线较窄，又成为应用广泛的光、电、磁等功能材料。无机物具有性能长期稳定，使用寿命长等优点。但是，它同时也存在着加工成型较难的问题。目前主要有高温烧结、冶炼、晶体培养等加工方法。生物物质作为一种有生物活性的材料，随着生命科学的发展，得到了科学家们的重视。但它们对环境极度敏感。杂化材料是两种不同类型的材料的复合。过去人们利用大尺寸的杂化曾得到某些性能较为优良的材料。但是仅仅停留在大尺度上的杂化是无法满足当前信息时代对材料的高技术要求的，就此科学家提出了小尺度的杂化，即在纳米尺度

16、及分子水平上的杂化，以期得到多功能、高密度集成的复合材料。50年代初自Roy和Komarneni27提出“纳米复合材料”（Nanocomposites)的概念以来，纳米复合材料的研究取得了迅速发展。在美国、日本、德国等发达国家，无机/有机纳米复合材料已经是新材料和功能材料领域中研究的热点之一28-30。基于上述考虑，我们首先从我们有基础的生物无机纳米层状材料入手，开展研究工作。虽然大尺度杂化和小尺度杂化的材料在组成和原子或分子的排布上是一样的，但是作为组成物质聚集态的微粒在小尺度杂化时为纳米粒子。由于纳米微粒具有一些特殊的性质，因而材料表现出许多人们所需求的优良的性能。具有高密度、多功能、高集

17、成度、高密存储能力、协调和协同效应，吸引着众多科研工作者们去开发研制新型纳米组装体，以期得到优良性能的材料。3.1 水滑石层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxides简称LDHs），又称为水滑石类化合物（Hydrotalcites简称HT）。它是一种由带正电荷的金属氢氧化物层板和层间填充带负电荷的阴离子构成的层状化合物。层状双金属氢氧化物具有显著的碱性特征，是一种新型的固体碱催化材料；同时它还具有氧化还原性和层间阴离子可交换性。LDHs在碱催化、加氢、聚合、缩合、氧化及醇类转化等反应中表现出催化活性高和选择性好的特点，并且在离子交换、吸附等方面也有广泛的应用。近年来，

18、随着学科领域的相互渗透、相互交叉，LDHs又被用到功能高分子材料、医药和环保等领域中，使其应用范围得到了进一步拓宽。层状双金属氢氧化物的基本性质层状双金属氢氧化物（LDHs）是一类由带正电荷的金属氢氧化物层板和层间填充带负电荷的阴离子构成的层状化合物。层间阴离子为碳酸根的镁铝层状双氢氧化物（Mg-Al-CO32-LDHs）又称为水滑石。天然水滑石大约于1842年前后在瑞典被发现，其结构式为Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O31。水滑石具有与水镁石Mg(OH)2相似的结构。水镁石Mg(OH)2，是具有六配位的阳离子Mg2+，以6个羟基形式存在的氧构成的八面体为结构单元，八面体结构

19、单元以共用棱边的形式形成层状，层与层之间在氢键和静电作用下堆积成水镁石32。水滑石可看作水镁石中的Mg2+部分地被Al3+同晶取代而形成的衍生物。由于三价金属阳离子同晶取代了二价金属阳离子，使得本来呈电中性的水镁石带部分正电荷，因此层间必须填充阴离子（自然界中多为CO32-）从而使电荷得以平衡，同时伴随着水分子填充到层间，形成水滑石。LDHs的化学组成通式为：M2+1-xM3+x(OH)2b+An-b/nmH2O，其中M代表金属元素，A表示层间阴离子，b=x或2x-1，z=2或133。通常M2+=Mg2+、Ni2+、Co2+、Zn2+、Cu2+、Li+等二价或一价金属阳离子；M3+=Al3+、

20、Cr3+、Fe3+等三价金属阳离子；M2+/M3+=210；An-为在碱性溶液中能够稳定存在的阴离子，如：NO3-、CO32-、OH-、Cl-、SO42-、PO43-、C6H4(COO-)2等无机或有机阴离子。水滑石的典型结构如图3.1所示34。图3.1 水滑石的典型结构示意图LDHs最基本的性能是碱性。不同LDHs的碱性强弱与组成中二价金属氢氧化物的碱性强弱基本一致，但由于它一般具有很小的比表面积(约520 m2/g)，表观碱性较小。LDHs焙烧后形成的复合氧化物往往表现出较强的碱性。由于LDHs组成中含有三价金属元素，因此一般也带有酸性特征。其酸性强弱除了与组成中三价金属氢氧化物的酸性强弱

21、有关，也和层间阴离子的种类有很大关系。LDHs另一个重要的性能是其层间阴离子的可交换性。因此它可以作为阴离子交换材料来使用，另外，通过将各种阴离子如无机和有机阴离子、同多和杂多阴离子以及配合物阴离子引入LDHs层间，可以得到各种具有不同功能的新材料。LDHs的热稳定性因组成而异，但基本相近。以水滑石为例，其热分解过程包括脱结晶水、层板羟基缩水并脱除CO2和新相生成等步骤。水滑石在400oC550oC焙烧，可形成比较稳定的双金属氧化物，简写为LDO。LDO在一定的湿度和阴离子条件下，可以恢复形成LDHs，即所谓的“记忆功能”。LDHs和LDO本身具有碱催化和氧化还原催化功能，同时由于其层间阴离子

22、的可交换性，使得它们可以作为催化剂载体、离子交换材料、吸附材料等使用。3.2血红蛋白的结构血红蛋白的结构如图3.2，四个亚基构成一个接近于球体的分子，直径5.5nm，分子量64500Da，脱氧血红蛋白等电点为6.68，氧合血红蛋白6.8735，比容0.749ml/g，特性粘度3.6ml/g，作为寡聚蛋白，血红蛋白具有一、二、三、四级结构。人血红蛋白的链和链分别由141和146个氨基酸组成，氨基酸序列已经完全测明36。链和链一级结构上有60个氨基酸残基相同，占多肽链氨基酸残基总数的42%37。牛血红蛋白与人血红蛋白有很高的同源性。图3.2 血红蛋白的结构3.2.1 血红蛋白的结构人血红蛋白序列3

23、8：链VLSPADKTNVKAAWGKVGAHAGEYGAEALERMFLSFPTTKTYFPHFDLSHGSAQVKGHGKKVADALTNAVAHVDDMPNALSALSDLHAHKLRVDPVNFKLLSHCLLVTLAAHLPAEFTPAVHASLDKFLASVSTVLTSKYR链VHLTPEEKSAVTALWGKVNVDEVGGEALGRLLVVYPWTQRFFESFGDLSTPDAVMGNPKVKAHGKKVLGAFSDGLAHLDNLKGTFATLSELHCDKLHVDPENFRLLGNVLVCVLAHHFGKEFTPPVQAAYQKVVAGVANALAHKYH牛血红蛋白序列38

24、：链VLSAADKGNVKAAWGKVGGHAAEYGAEALERMFLSFPTTKTYFPHFDLSHGSAQVKGHGAKVAAALTKAVEHLDDLPGALSELSDLHAHKLRVDPVNFKLLSHSLLVTLASHLPSDFTPAVHASLDKFLANVSTVLTSKYR链MLTAEEKAAVTAFWGKVHVDEVGGEALGRLLVVYPWTQRFFESFGDLSTADAVMNNPKVKAHGKKVLDSFSDGMKHLDDLKGTFAALSELHCDKLHVDPENFKLLGNVLVVVLARNFGKEFTPVLQADFQKVVAGVANALAHRYH牛血红蛋白有46个赖氨

25、酸残基和2个半胱氨酸残基（每个链1个），人血红蛋白有44个赖氨酸残基和6个半胱氨酸残基（每个链1个，每个链2个），这些氨基酸残基的侧链的氨基和巯基以及链和链N末端氨基都是血红蛋白反应的活性基团。血红蛋白的链和链中分别含有7个和8个-螺旋结构，约占残基总数的三分之二，其余为非螺旋结构。这些螺旋的长度为7到12个氨基酸残基，每圈有3.6个残基，螺旋靠轴向的氢键稳定。在链和链的三级结构中，脯氨酸经常出现在多肽链的转角处或螺旋之间。其他的转角靠多种立体化学机理稳定，这些作用包括相近链段间的相互作用，邻近-螺旋间的相互作用等。在血红蛋白分子中，极性氨基酸的残基的侧链一般位于分子表面，但是，偶尔也有Ser

26、和Thr残基位于分子内部的情况。在这种情况下，Ser和Thr残基的羟基，往往与同一个-螺旋的羧基，形成氢键。大部分非极性氨基酸残基的侧链，位于分子内部或亚单位之间的裂隙表面。非极性侧链伸到水环境中去的情况是极其罕见的。但是，偶尔也有这样的情况发生，例如：-链的F（93）Cys或E27(68)Leu，其侧链伸出了分子表面。Gly和Ala可以分布在分子的任何地方（分子表面、分子内部疏水核以及亚单位之间的裂隙表面）。与肌红蛋白一样，血红素埋藏在血红蛋白的每条肽链的疏水空穴中。其Fe2+除与血红素本身的四个吡咯环的N原子配位而外，还与F8（92）His吡唑基以配位基相连。Fe2+的第六个空位置，可以与

27、O2可逆的结合37。另外，血红素的存在也是球蛋白链式结构稳定的一个重要因素，它的存在能增加球蛋白的溶解性，血红素嵌在球蛋白链的“口袋”内，具有由丙酸构成的极性端和乙烯基与甲基构成的非极性端。构成血红素口袋的氨基酸侧链具有较强的非极性，允许血红素乙烯基一端首先进入，然后通过卟啉环和口袋中的氨基酸间的多种相互作用，血红素定位在口袋中。脱氧血红蛋白中，血红素的亚铁离子配位数为5，其中4个用于和卟啉环连接，第五个与近端的组氨酸F8的咪唑基共价连接。根据X-射线晶体结构分析揭示，血红蛋白分子是一个四聚体，具有四级结构。其四个亚基（2个链，2个链）占据相当于四面体的四个角，整个分子形成C2点群对称。血红素

28、辅基位于分子表面的孔穴内，每个亚基一个。四个氧的结合部位彼此保持一定的距离，两个最近的铁原子之间距离为2.5nm。四个亚基凹凸互补，形成一个长宽高分别为6.4nm*5.5nm*5nm的四面体。每个或链与两个或链接触，而两个或链之间的接触很少。脱氧血红蛋白的四级结构主要靠8个盐桥维持，是其对氧分子的亲合力低于单独的亚基和氧合血红蛋白。在四个亚基之间有一个中央孔穴，2，3-二磷酸甘油酸（2,3-DPG）位于其中，进一步稳定了脱氧血红蛋白的四级结构，降低了其对氧的亲合力，此时血红蛋白处于构象的T(tense)态。3.2.2 血红蛋白的生理功能在动物体内，血红蛋白的主要功能是运送氧，部分二氧化碳和氢离

29、子。血红蛋白对O2传输是必须的39。成年人血红蛋白有两和两多肽链组成，每条链结合一个血红素，每个血红素能够结合一分子的氧，每克血红蛋白可以结合1.36毫升氧40。脱氧血红蛋白球蛋白亚基由于静电力维持紧张的构象，对O2有相对低的亲和力，当O2结合到血红素基团上，机械化学应力减弱了静电力，导致了松弛的构象，暴露了残留位点，增加了O2的亲合力500倍。Hill系数反映了血红蛋白多个结合位点的协同效应，氧合血红蛋白释放氧则是一个负协同作用过程：第一个氧释放比较容易，后面的氧释放越来越难。因而血红蛋白的氧平衡曲线为S型曲线(如图3.3)，而不是无协同作用的肌红蛋白表现出来的双曲线41。组织代谢产生的二氧

30、化碳经血液运输排除，血浆运输约占77%，其中70%以HCO3-的形式，7%是溶解的CO2气体，只有23%的二氧化碳进入红细胞内，以HbCO2的形式运输。与氧结合的方式不同，CO2分子直接与血红蛋白分子中的氨基结合。图3.3 血红蛋白的氧饱和曲线CO是一种无色、无嗅、无味、对呼吸道无刺激的气体。凡含碳物质在燃烧不完全时都会产生CO，常见的接触机会有职业性接触(如:工业生产煤气、炼钢、炼焦、烧窑、矿井作业、矿山爆破以及化工等部门)和日常生活接触(如:将未熄灭的煤炉放在密闭室内、烟囱堵塞、煤气红外线取暖器、煤气灶故障及家用天然气灶漏气等)。CO经呼吸道进入肺泡浸入血液后，与血红蛋白结合成碳氧血红蛋白

31、。由于CO与血红蛋白的亲和力比氧大200倍，而碳氧血红蛋白的解离度比氧合血红蛋白慢，两者相差3600倍，当人吸入CO后，血浆中CO便迅速把氧合血红蛋白的氧排挤出去，造成低氧血症，引起组织缺氧。当血液碳氧血红蛋白达10%20%会有头晕、四肢无力感觉;当血液碳氧血红蛋白达40%以上会引起死亡。因此，对CO进行适时的监测是非常重要的。现今，对CO检测的适用化的方法有比色法、红外吸收探测法、电化学气体传感器检测法等。（二） 课题目标、研究内容以及难点、创新点分析1 选题的立论、目的和意义研究一种基于LDHs的胆碱电流型酶生物传感器。带负电荷的生物酶通过静电作用有效地固定在带正电荷的LDHs层板间。LD

32、Hs将成为电化学应用中具有发展前景的一种新型材料。2 研究内容：采用共沉淀的方法合成具有纳米结构的类水滑石，并将类水滑石应用在生物传感器的构建中。以安培法来测定生物酶电极对目标检测物CO的分析能力：检测灵敏度、检测限量、线性范围、生物酶的电极稳定性和寿命等。用伏安法研究生物活性层/水滑石界面的电子传递，通过检测峰电位的变化，测定电流的大小研究生物酶电极的动力学过程。将生物酶分子在类水滑石制备的过程中作为电荷平衡物原位嵌入到无机层板之间，设计可调节类水滑石层板之间距离和水滑石粒子大小的方法，以适应大分子复合体的插入需要。用扫描电化学显微镜测定生物酶电极中生物膜的构型、氧化还原催化剂在类水滑石层板

33、中的嵌入形式。类水滑石的结构和形貌采用红外光谱、XRD、交流阻抗和SEM来表征。研究了酶传感器制备的最适条件，以及外界因素（溶液pH、外加电位、温度等）对传感器响应电流的影响。3 研究方案4本课题难点分析（1）生物分子与层板剥离层状材料的组装条件选择与控制。（2）生物分子与层板剥离层状材料组装后的结构描述。（3）生物分子在层状材料表面铺展成膜，获得较好的性能。5创新之处：(1)利用水滑石的层板间阴离子可交换的特性，使之成为生物大分子的固定载体，这提供了一种新型的、操作简便的生物传感器制备方式。(2)将水滑石应用在生物传感器的构建中，不断优化功能膜的制备条件和相关电化学生物传感器的性能，探讨此类

34、传感器在环境监测和医学生化鉴定等领域的应用。(3)水滑石的纳米构型将对生物传感器灵敏度的提高、渗透选择性的调节提供有利条件，通过调节层板间距来控制生物膜的孔径和粒子的大小，使之具有特殊的渗透选择性，以满足生物传感器的实际应用。参考文献1 J.R Stetter, W.R Penrose, S Yao. J. Electrochem. Soc. 150( 2003), S11-S16.2J. Wang. Biosensors and Bioelectronics. 21 (2006) 1887. 3J. Wang. Biosensors and Bioelectronics. 13 (1998)

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