基于层状无机纳米材料电化学生物传感器的研究

• 作 者: 陈旭 杨文胜
• 机 构: 北京化工大学,化工资源有效利用国家重点实验室,北京,100029
• 出 处: 2009年第十五次全国电化学学术会议
• 发表日期: 2009年5期
• 关键词: 层状无机纳米材料 电化学生物传感器 固定化材料 电子转移 层状材料

电化学生物传感器具有灵敏度高、检测速度快、易于微型化、价格低廉、操作简单等优点，在临床诊断、环境监测、食品工业等领域得到广泛应用。研制电化学生物传感器最为关键的步骤是电极表面生物分子的固定化。固定化方法和固定化材料的选择将直接影响生物传感器的稳定性（或寿命）、分析灵敏度以及选择性等。开发稳定的、能够保持生物物质活性的固定化材料，并实现氧化还原蛋白质与电极之间直接而高效的电子转移是人们努力的目标。层状无机材料不仅具有通常无机固定化载体的优良性能，其可调变的层间尺寸有利于蛋白质插入层间，可以有效地保持蛋白质的活性，提高稳定性，防止微生物及其他物质的污染，被认为是非常有潜力的生物分子固定化材料。但是，采用通常的插层方法，生物大分子很难插入层间（层状材料的层间距一般只有零点几个纳米），并且很难实现与电极之间的直接电子交流。近来，随着层状无机化合物剥离反应的不断发展，层与层发生分离，可形成新一类具有纳米级厚度的纳米片材料。这些材料为生物分子固定化及生物传感器的设计提供了广阔的空间。我们实验室合成了不同结构和功能的层状无机纳米材料，如层状磷酸锆、层状二氧化锰、层状钛酸盐、水滑石，并进一步剥离制备了相应的纳米片材料。采用不同的组装方法如静电层层自组装，插层组装等将生物分子固定化，在电极表面形成多种具有生物相容性的界面，实现了氧化还原蛋白质与电极之间的电子交流，构建了多种第三代电化学生物传感器[1-6]。通过X-射线晶体结构衍射、光谱法、扫描电镜等表征手段考察和表征这些材料的结构、形貌和生物相容性等。用电化学手段研究了生物分子的直接电子传递，生物识别和催化反应，考察了传感器的检测性能，实现了多种物质的高灵敏、无干扰、快速的检测。结果表明：层状无机纳米材料为生物分子固定化和制备优良性能的电化学生物传感器，尤其是第三代电化学生物传感器，提供了很好的选择。