生物电化学传感研究进展--生物分子的仿生固定材料与方法.pdfVIP

生物电化学传感研究进展 ——生物分子的仿生固定材料和方法 童绥傻： (中国科学院长春应用化学研究所电分析国家重点实验室，长春，130022) 目前，分析化学在生命科学的发展过程中起着至关重要的作用。电化学分析方法以其 灵敏，快速，仪器简单等优点成为生物分析L}I的一种重要手段，生物电化学传感正越来 越受到人们的关注【1】。生物电化学传感研究在理论上，酶和蛋白质与电极之间的直接电 子转移更接近于生物氧化还原系统的原始模型，从而有可能更本质地揭示该生物过程机 制：在应用上将开拓第三代生物传感器。为此，要开拓仿生固定化的新途径，即以仿生 功能材料或仿生行为来固定酶和蛋白质在电极表面，在其i：构筑仿生微环境。因此生物 分子的固定是生物电化学传感中一个重要研究方面。优良的固定化材料和方法不仅可以 保持生物分子的活性，还可以提高传感响应的灵敏度，稳定性，实用性[2]．并且还可以 实现生物分子与电极之间的直接电子转移，这对研究生命体内的能量转换和物质代谢， 生物分子在生命体内的生理作用及作用机制有着重要意义。 在我们的研究工作中，着重在载体生物相容性和生物稳定性，发展了多种生物传感器。 1．水凝胶。 水凝胶是由水溶性聚合物构成的具有网络结构的材料。由于它一般含有多个羟基官 能团，可以吸水溶胀，其生物相容性较好。对聚乙烯醇和羧甲基纤维素的混合物进行冷 冻熔融循环处理制成的冷冻水凝胶，具有好的机械强度和强的保水能力，不仅可以用于 水相中葡萄糖氧化酶，酪氨酸酶传感器的制各．还可以作为有机相中生物分子的固定材 料。上述材料固定的辣根过氧化酶在纯的氯仿溶剂中可以实现酶与石墨电极之间的直接 电子转移[3]。不同类分析物如疏水性底物有机过氧化物、胆红素、胆固醇等的分析应用 有着重要意义，通过添加有机溶剂DMF制成的有机水凝胶，可以实现上述的分析目的。 相比于普通水凝胶，其灵敏度增强。为了进一步提高生物分子活性，我们合成了聚乙烯 醇和4．乙烯吡啶的接技共聚物[4】。这种水凝胶对电极的粘附力强，可以自胶凝，简化了 冷冻熔融循环操作，可以更好的保持生物分子的活性。 2． 有机无机溶胶凝胶杂化材料。 溶胶凝胶材料以其化学惰性，光透性等诸多优点在固定化材料中占有一席之地。而 有机无机溶胶凝胶杂化材料既防止了溶胶凝胶膜的易开裂性，保持了溶胶凝胶的特性， 又使此复台材料具有新的功能。用硅溶胶凝胶与聚乙烯醇接枝4_乙烯吡啶的复合物来固 定从火豆中提取的大豆过氧化物酶，可以实现酸性环境中H202的测定【3】。用这种材料固 定酪氨酸酶还可以实现对电非活性有机溶剂的电化学测定。原理是基于分析底物在水， 有机溶剂中的分配平衡从而实现间接测定乙氰，丙酮等的目的。离子聚合物Eastman AQ， 壳聚糖等也被搀杂到溶胶凝胶中，除硅溶胶凝胶外，我们还利用了钛的溶胶凝胶与有机 材料形成的复合物制各性8＆好的生物传感器【4】。我们用溶胶凝胶杂化材料固定微生物研 制了生化需氧量(BOD)测定仪。 3． 电合成聚合物材料。 以聚吡咯，聚苯胺，聚噻吩为代袭的导电的电合成聚台物，具有良好导电性，因此 在促进生物分子与电极之间的电子转移方面显示出独特的优势。通过在经阳极化处理过 的玻碳电极表面电聚合生成的聚吡咯，葡萄糖氧化酶可以实现与电极之间的直接电子转 移并保持对葡萄糖的生物催化活性。其他蛋白如PQQ．血红索类乙醇脱氢酶也可以通过聚 吡咯与铂电极实现直接电子转移【5】。 由苯酚或其类似物电聚合生成的非导电聚合物，具有非常好的通透选择性，常被用 于防止电活性物质对测定的干扰。例如，聚邻苯二胺能选择透过H：02，而阻止抗坏血酸， 尿酸等。将辣根过氧化物酶与其共聚，可以制各无试剂的H202传感器。 4． 脂膜。 脂膜是一种模拟生物膜，因此为生物分子提供了最“天然”的生物环境。微过氧化 物酶。11，辣报过氧化物酶，血红蛋白等氧化还原蛋白与磷脂形成的支撑磷脂膜保持了生 物分子的生物活性，并且能够实现这些蛋白的直接电化学。为了更好的模拟生物膜，生 物膜的支撑体应该具有亲水性和导电性。我们把双层磷脂膜沉积在聚吡咯修饰基底上， 将辣根过氧化物酶包埋在膜中，该体系在仿生研究中具有潜在的应用价值[6】。在形成杂 化膜方面，我们利用氨阳离子氧化法成功的在玻碳电极表面构建了双层