安培酶电极的新固定化方法和用途扩展研究

1．用溶胶-凝胶方法制备了一种新型的有机-无机杂交材料，并用这种材料制备了过氧化物酶安培酶电极。用富里叶变换红外光谱和石英晶体微天平对这种有机-无机杂交材料和用这种材料制备的酶膜进行了表征。以亚铁氰化钾为媒介体考察了传感器的电化学行为。用计时安培方法优化了pH和工作电位。传感器的响应时间为10s，线性范围的上限达3.4 mM，检测限为5 * 10~(-7)M。传感器具有高的灵敏度和好的长期稳定性。另外，还把传感器用于流动注射分析和实际样品分析来评估传感器的性能。2．利用有机修饰的溶胶-凝胶材料的优点，制备含磺酸基的功能化的溶胶，用无机-有机杂交手段制备功能化的薄膜(FIOHM)，进而制备了媒介体型过氧化氢安培生物传感器。麦尔多拉兰(MDB)通过离子交换作用被固定在膜中，MDB在FIOHM膜中的循环伏安行为比溶液中的MDB的循环伏安行为更为可逆，因而适合于作媒介体。由于磺酸基的供电子能力，MDB分子的电子密度增加，因而就变得易于氧化而难于还原，表现为阴极峰和阳极峰峰电位的负移。这是第一次用溶胶-凝胶方法制备的磺化无机-有机复合材料制备媒介体型过氧化氢传感器。响应时间小于25 s。线性范围上限达0.6mM。高的灵敏度75 nA·μM·cm~(-2)是由于高的MDB载量。检测限为0.9 μM。传感器具有灵敏的响应和满意的稳定性。3．实验证明自身成胶的接枝共聚物PVA-g-PVP是酪氨酸酶的好的固定化材料。三维氢键网络把酶包埋在聚合物膜中。这种固定化方法简单温和。4-乙烯基吡啶组分增强了膜在电极表面的附着力，所以传感器在流动体系中稳定且重现性好。酶膜组成可以调节以得到好的灵敏度或宽的线性范围以满足不同的分析要求。传感器表现出很好的重现性，稳定性和灵敏的响应。传感器在亲水有机溶剂中的线性范围加宽。制备了安培型酚传感器。固定化材料是引入了接枝共聚物PVA-g-PVP的溶胶-凝胶复合膜。酪氨酸酶有效地固定在复合膜中。对这一无机-有机复合杂交材料进行了优化。酪氨酸酶在溶胶-凝胶膜中保持了其活性，在0V(Ag/AgCl，Sat．KCl)测定了其响应。讨论了pH、氧浓度、温度对响应的影响，考察了传感器的稳定性。酶电极对儿茶酚，苯酚，对-甲苯酚的灵敏度分别为59.6，23.1，39.4μA／mM。酶电极在4℃干态保存，间歇测定3周后，其响应为初始值的73％，稳定性好于接枝共聚物PVA-g-PVP为载体的酪氨酸酶电极。5．首次用安培酶电极定量测定极性有机溶剂。初步实验证实了用酪氨酸酶电极安培法定量惰性的极性有机溶剂的可行性。酪氨酸酶电极的制备方法简单：把酪氨酸酶和共聚物的水溶液滴涂在经过抛光的洁净的玻碳电极表面上，然后置于+4℃冰箱中干燥成膜即可。电化学还原酪氨酸酶催化氧化酚生成的醌提供探测信号。此传感器可以用于定量测定甲醇，乙醇，正丁醇，丙酮，乙腈，四氢呋喃等。该方法对某有机溶剂的检测限，灵敏度，线性范围依赖于所使用的固定化材料和底物的疏水性。对所测试的有机溶剂的响应时间小于2分钟。现场计时电流-石英晶体微天平实验证实了其响应机理：加入的有机溶剂富集底物探针酚，因而降低了酶膜中的酚的浓度。增加底物探针的浓度可以增加检测的灵敏度，因而降低检测限。此方法检测极性有机溶剂的特点是简单，容易，迅速。用酪氨酸酶电极安培定量测定惰性的极性有机溶剂，大大扩展了酶电极的应用范围。用这种检测方法的优点是，可以定量测定那些还没有发现专一性的酶来构造生物传感器的有机溶剂。6．生物传感器的研究中最重要和最基本的问题是酶的固定化。我们小组提出了用低温水凝胶固定化酶方法构造有机相酶电极，但是低温水凝胶与酶的相互作用仍不清楚。我们利用肼类化合物作为探针，研究了辣根过氧化物酶与低温水凝胶的相互作用。常用的羧基捕捉剂肼和对血红素边缘有高度选择性的甲基肼不能很快地明显抑制固定在低温水凝胶中的辣根过氧化物酶的活性。原因是辣根过氧化物酶的构象可能被低温水凝胶锁定，辣根过氧化物酶的羧基和其血红素的边缘被低温水凝胶保护而免受肼类化合物的进攻。作为比较，肼类化合物与吸附在石墨电极上的辣根过氧化物酶的相互作用也用稳态电流响应和循环伏安进行了研究。对水凝胶固定化酶方法．提出了酶电极响应的动力学参数的初步理论解释，其中低温水凝胶层的厚度和电子媒介体的扩散系数不影响米氏常数K_M，但这些参数显著影响饱和响应电流I_(max)。7．六氰合铁钴(II)膜修饰的玻碳电极用于构造电流型葡萄糖传感器。以六氰合铁钴(II)膜电化学催化还原酶促反应过程中产生的过氧化氢为分析信号。明胶作为固定化材料，外涂Nafion膜。低的适加电位避免电化学氧化抗坏血酸、尿酸等干扰物。Nafion涂层靠静电斥力，阻止这些阴离子干扰物到达电极表面。得到了宽的线性范围，给出分析性能参数，进行了动力学分析。