多壁碳纳米管修饰的葡萄糖氧化酶传感器的研究

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碳纳米管一维纳米材料具有良好电学性能和生物亲和性能有利于电子传递和保持酶的生物活性,以及其相对大的比表面积有利于酶的固定。本文采用全氟磺酸树脂(Nafion)分散多壁碳纳米管(multi-walied carbon nanotubes,MWNTs),用于玻碳电极的修饰,构建多壁碳纳米管修饰的过氧化氢传感器;再将葡萄糖氧化酶固定在多壁碳纳米管修饰的玻碳电极上构建多壁碳纳米管修饰的葡萄糖氧化酶生物传感器;并在此基础上,利用贵金属纳米颗粒所具有的优良催化性能,将贵金属纳米颗粒与碳纳米管两者的优点结合起来,用于葡萄糖氧化酶生物传感器的修饰,构建贵金属负载多壁碳纳米管修饰的葡萄糖氧化酶生物传感器;采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、透射电子显微镜(transmissionelectron microscope.TEM)以及电化学等方法对其进行形貌和电化学性能的表征,考察了其对过氧化氢或葡萄糖的检测性能。所得结果如下: 1.多壁碳纳米管能明显加速电子传递,提高玻碳电极的响应电流,增大电极的有效面积;多壁碳纳米管修饰的H<,2>O<,2>传感器能降低H<,2>O<,2>电化学氧化的工作电位,提高检测的灵敏度;对本文构建的MWNTs修饰的H<,2>O<,2>传感器,可采用两种电化学方法,即循环伏安最大电流法和计时安培法来进行H<,2>O<,2>的检测,两种方法的线性范围和灵敏度分别为:0~1 mM、22.92uA/mM和O~19 mM、0.043uA/mM,两种方法各有其优点:循环伏安最大电流法的灵敏度非常高,而计时安培法的线性范围却非常宽,适用于不同的检测要求。 2.多壁碳纳米管修饰的葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOD)生物传感器在磷酸缓冲溶液(phosphate buffer solution,PBS)中的电子转移的可逆性较好;该传感器对葡萄糖响应的线性范围为0~2mM,响应时间小于3s,灵敏度为0.67 uA/mM,其固化酶的表观米氏常数为1.68 mM,最大电流i<,max>=2.45uA,较小的表观米氏常数,表明该传感器对葡萄糖的亲和力较高,能够快速地进行葡萄糖的催化氧化。 3.通过将几种贵金属及其氧化物(Pt、Ag、Ru和RuO<,2>)负载于多壁碳纳米上,构建了几种贵金属负载多壁碳纳米管修饰的葡萄糖氧化酶传感器,通过比较,不同贵金属的负载,其性能有较大差异: (1)Pt纳米颗粒负载于多壁碳纳米管上,能极大地增强电极表面的电子传递,该传感器在非常低的工作电位(O.25V,vs.lAg/AgCl)下即对葡萄糖有明显的响应电流;计时安培法测定葡萄糖的最佳工作条件为:工作电位0.35V、GOD负载量0.005 mg、pH值7.O、温度22℃;在该最佳条件下,该传感器对葡萄糖响的线性范围为O~3.5 mM,响应时间小于3s,灵敏度为0.117uA/mM,其固化酶的表观米氏常数为16.26 mM,最大电流i<,max>=2.53μA。 (2)Ag负载多壁碳纳米管修饰的电极或生物传感器在较高电位扫描时,Ag很容易变成电惰性的氧化物,不但起不到促进电子传递的作用,反而会阻碍电子传递,比未负载Ag的MwNTs的电化学性能还差。这可从循环伏安的电化学性能表征以及它对H<,2>O<,2>和葡萄糖的计时安培响应得到证实,从而表明:Ag不适合用于传感器的修饰。 (3)RuO<,2>和Ru负载多壁碳纳米管修饰的传感器有着相似的电化学性能:两者修饰的传感器的线性范围都较窄,但在低浓度范围内有较高的灵敏度;二者修饰的传感器的米氏常数都比较低,对底物有较好的亲和力。两者相比,RuO<,2>负载多壁碳纳米管修饰的葡萄糖氧化酶传感器对葡萄糖的检测性能要比Ru负载的略优一些。
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