基于碳纳米管的安培型H2O2生物传感器的研究.docVIP

基于碳纳米管的安培型H2O2生物传感器的研究 麦智彬 邹小勇* (中山大学化学与化学工程学院，广州：510275) 摘要 利用阳离子染料硫堇（Thionine, Thi）（MWNTs）（Chitosan, CHIT）（Horseradish peroxidase, HRP）H2O2生物传感器。通过循环伏安法、计时电流法对传感器的性能进行研究。结果表明所得传感器具有明显的增敏效应，线性范围为30μmol/L~5.5mmol/L，相关系数为0.9995。在S/N=3的情况下，检出限为19μmol/L。所得的传感器具有良好的稳定性及工作寿命。 关键词 碳纳米管 硫堇 壳聚糖 辣根过氧化酶 过氧化氢 引言 H2O2是过氧化酶参与的酶促反应产物，它的测定对于食品、药物和环境分析等具有重要意义。迄今为止，H2O2的测定方法包括光谱法[1]，化学荧光分析法[2]，滴定分析法[3]以及电化学分析法[4]。其中电化学分析法由于具有较高的灵敏度，良好的线性范围，快速而稳定的响应信号而被广泛研究。 碳纳米管（CNTs）发现于1991年[5]，其独特的理化性质使之广泛地应用在生物传感器的研究之中。目前国内外已有多篇有关CNTs生物传感器的综述[6-7]。本文首次利用Thi作为介体结合CHIT、MWNTs和HRP的混合包埋物制作H2O2传感器，利用循环伏安法（CV），计时电流法（I-t）对传感器的工作机理、性能及寿命进行了研究。 实验部分 试剂 HRP购自国药集团化学试剂有限公司(RZ250 units/mg)。CHIT购自上海伯奥生物科技有限公司，脱乙酰度为99%。H2O2（30% w/v溶液）购自广州化学试剂厂。羧基化的MWNTs购自深圳纳米港公司，纯度大于90％，直接使用。其它试剂均为分析纯。0.1mmol/L的Thi溶液用0.05mol/L pH＝6.5的PBS溶液配制。1%的CHIT溶液用醋酸溶液配制。其余溶液用超纯水配制。 仪器 CHI660A型电化学工作站（上海辰华仪器公司）以及三电极系统：H2O2传感器为工作电极，铂丝为辅助电极，Ag/AgCl为参比电极。 扫描电镜（SEM）照片采自日本电子株式会社场发射扫描电子显微镜（型号：JSM-6330F），透射电镜（TEM）照片采自日本电子株式会社透射电子显微镜（型号：JEM-2010HR）。红外光谱采用德国Bruker公司傅里叶变换红外光谱-红外显微镜联用仪（型号：EQUINOX 55）制作。 传感器的制作 玻碳电极（GC, Φ=4mm）分别在载有1.0、0.3、0.05μm的Al2O3颗粒的绒毛垫上抛光处理后，用超纯水冲洗干净，依次在1:1 HNO3、无水乙醇及超纯水中超声处理各两分钟，自然晾干后备用。 5%的Nafion用无水乙醇稀释至0.5%。5μL 0.5%的Nafion滴加在电极表面，自然晾干，得Nafion修饰电极（GC/Naf）。GC/Naf在0.1mmol/L的Thi水溶液中浸泡10min，在此过程中，Nafion和Thi通过静电作用充分结合。静电吸附Thi后的电极用二次水彻底洗去弱吸附的Thi分子，晾干后得传感器底层（GC/Naf/Thi）。 1mg MWNTs在1%的CHIT中超声处理15min后得到1mg/mL的MWNTs-CHIT。10μL MWNTs-CHIT与5μL10mg/mLHRP均匀混合后，取其中8μL覆盖在传感器底层上， 4℃下干燥24h，得H2O2传感器（GC/Naf/Thi/MWNTs-HRP-CHIT），整个传感器的制作过程如图1所示。 图1 H2O2传感器制作流程图 实验方法 所有实验在0.05 mol/L pH6.5 PBS中进行。电解池中加入0.6mL底液，然后加入不同体积H2O2储备液进行电化学测定。循环伏安曲线在溶液静止状态下测定，计时电流法实验在搅拌状态下进行。 结果与讨论 MWNTs的物理表征 MWNTs在1% CHIT中的分散状况如图2C所示。分别考察MWNTs在水及1% CHIT中分散30天后的状况，研究发现MWNTs在水中已出现明显的聚沉现象，而在1% CHIT中仍分散良好。因此与水相比，1% CHIT对MWNTs具有更稳定的分散能力。 从MWNTs的SEM（图2A）可以很好地观察到MWNTs的管状结构。而由TEM（图2B）可判断出MWNTs的直径范围为8~20nm。 同时利用FT-IR表征了MWNTs功能化前后表面官能团（图2D）的状况。结果表明功能化后的MWNTs在1710和1568cm-1有明显的吸收峰。另外3440cm-1和1185cm-1的吸收峰分别归属于-OH和C-OH的弯曲吸收振动。由这些吸收峰可以推知，MWNTs的表面被部分氧化为羧基和羟基。 (A) (B) (C)