论文部分内容阅读
葡萄糖传感器因其在糖尿病血糖检测方面的良好应用，在生物传感领域一直受到广泛关注。目前，基于酶与电极之间直接电子传递的第三代葡萄糖传感器是人们研究的重点。随着纳米科学的发展，多种无机多孔材料被合成出并应用于生物传感领域。其中纳米TiO2材料作为一种重要的化工产品，在光催化、锂离子电池、染料敏化太阳能电池等领域具有优秀的应用性能。TiO2又具有的无毒，生物相容性好，不会产生环境问题等的特点使其在生物传感领域具有较好的应用潜力。不同于传统材料，纳米材料的微观结构对其应用性能具有显著的影响。本文中通过不同制备方法，对纳米TiO2材料的形貌结构进行调控，并考察其固定化葡萄糖氧化酶后的直接电化学性能。 首先对课题组传统固相烧结-离子交换制备介孔TiO2的方法进行改进，通过对制备的H2Ti2O5进行焙烧前水热预处理，得到最可几孔径为14.5 nm，比表面积为115.5 m2·g-1的介孔TiO2，通过场发射电子显微镜(FESEM)表征可知，其形貌为微米级颗粒上存在分布均匀介孔的多级形貌。将其固定化葡萄糖氧化酶后，从N2吸-脱附(BET)及红外(IR)光谱表征可知，葡萄糖氧化酶可以进入介孔TiO2的孔道中且较好地保持酶活。将固定化葡萄糖氧化酶后的介孔TiO2制备成葡萄糖传感电极后，通过电化学测试可知其对葡萄糖有较好地响应。相比于传统方法制备的介孔TiO2有更高的电活性蛋白密度(8.8*10-10mol·cm-2)以及电极灵敏度(3.44μA·mM-1·cm-2)。 其次，以钛酸四丁酯为前驱体，聚乙二醇为模板剂，调节加入溶胶中模板剂的分子量实现了TiO2薄膜的形貌调控。通过FESEM及BET表征发现，无模板剂加入的TiO2薄膜呈现平整致密形貌，加入平均分子量为600及1000的聚乙二醇后，制备的TiO2薄膜分别呈现规则纳米颗粒及纳米介孔结构形貌。将三种TiO2薄膜固定化葡萄糖氧化酶并制备为电极后，葡萄糖传感测试表明，相较于平整致密形貌及纳米颗粒形貌的TiO2薄膜，介孔结构的TiO2薄膜电极具有更高的灵敏度(5.95μA·mM-1·cm-2)及电活性蛋白密度(1.63*10-11 mol·cm-2)。 最后，通过Kokubo模拟体液浸泡实验，对三种TiO2薄膜作为可植入式葡萄糖传感电极材料的可能性进行初步研究，在浸泡实验中三种TiO2薄膜上都出现磷灰石沉积现象。不同于平整致密薄膜及纳米颗粒薄膜的无规则状磷灰石沉积，具有较高结晶度的介孔薄膜能够诱导磷灰石呈规则的纳米颗粒状沉积，且颗粒大小维持不变，表明其具有较好的生物相容性，可作为植入型葡萄糖传感电极的候选材料。