高稳定生物传感器的研究与开发

由于生物传感器在临床、环境、食品等领域具有广阔的应用前景，近年来发展迅速。本论文以“十五”国家科技攻关重大项目《科学仪器研制与开发》的子课题《有机-无机杂化材料膜BOD生物传感器及BOD快速测定仪的研制与开发》为契机，进行了高稳定的BOD生物传感器的研究与开发；将自组装技术和纳米技术相结合，探索了一种制备性能稳定的酶生物传感器的新方法。主要结果如下：目前水污染经常必测的水质监测指标之一的生化需氧量（BOD）存在着测量时间长、不能及时反映水质变化、不能有效地进行信息反馈等缺点，为了解决这些问题，展开了快速、稳定的BOD生物传感器方面的研究：通过对微生物进行筛选，选择性能稳定的、对有机物降解能力强的微生物制备微生物膜；通过对各种固定化材料的比较，筛选出以硅的溶胶掺杂聚乙烯醇接枝聚乙烯毗睫的有机-无机杂化材料固定微生物制备微生物膜，该新型有机-无机掺杂材料不仅有效地防止了薄膜的开裂，而且由于其含有大量的轻基而具有良好的生物相容性。选择适当的溶液作标准溶液，能够改进生物传感器法与传统的五天法结果的一致性，可以进一步拓宽BOD生物传感器的应用范围。所研制的BOD生物传感器能在10 min左右测定BoD含量，稳定性和重现性良好；用于实际样品的测走，所得结果与标准稀释法一致；该传感器保存12个月经活化后至少具有80％以上的活性，可连续使用90天以上。通过对流路系统、恒温系统等的研究，与江苏江分电分析仪器厂的研究人员一起制备了XSF-1型在线BOD监测仪样机三台，并顺利通过了中国科学院院级鉴定。首先将金电极或玻碳电极表面功能化，再依次组装金纳米粒子和酶，制得性能稳定的生物传感器。这样制备的HRP生物传感器，实现了HRP的直接电化学，对H_2O_2还原具有很高的催化活性，响应速度快（＜2.5s）、灵敏度高、重现性好，并且具有长期稳定性。由此提供了一种组装金纳米粒子固定生物大分子的方法，由于金纳米粒子与生物大分子之间有较强的相互作用，酶或蛋白质能被牢固地固定在电极表面，而且金纳米粒子能够促进电子转移，从而有助于实现酶或蛋白质的直接电化学；该方法可多层组装金纳米粒子，从而增加酶载量；此外，该传感器也可与产物含过氧化氢的氧化还原酶联用制备双酶或多酶生物传感器。