基于血红蛋白―纳米磷酸钬复合材料的过氧化氢生物传感器.docVIP

基于血红蛋白―纳米磷酸钬复合材料的过氧化氢生物传感器 　　摘 要 以Ho2O3为反应物，采用水热法制备了纳米磷酸钬（n.HoPO4），并利用场发射扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）对其进行形貌表征和元素组成分析。将n.HoPO4和血红蛋白（Hb）复合材料修饰于裸玻碳电极（GCE）表面构建生物传感器，实现了对H2O2的电化学检测。采用循环伏安（CV）和电化学交流阻抗（EIS）技术对修饰电极进行表征，结果表明，Hb/n.HoPO4/GCE对H2O2的还原具有良好的电化学催化效果； n.HoPO4具有良好的导电性和生物相容性，促进了Hb与工作电极间的直接电子转移。研究了不同pH值和电化学扫速对修饰电极响应电流的影响。在优化实验条件下，此生物传感器对H2O2在50～1000 μmol/L 范围内表现出良好的线性关系，相关线性系数R=0.999，检出限为17 μmol/L（S/N=3）。此生物传感器具有检测范围宽、稳定性和重现性好、抗干扰能力强等优点，可用于实际样品的检测。 　　关键词 血红蛋白； 磷酸钬； 过氧化氢； 电催化； 生物传感器 　　1 引 言 　　稀土元素独特的4f电子构型，赋予稀土材料优异的光、电、磁性能，在工业催化、燃料电池、荧光材料、生物传感器等领域应用广泛[1～5]。以稀土磷酸化合物纳米材料为例，因其优越的物理化学性质，近年来成为科研工作者的研究热点。Wang等[6]通过水热法制备了不同组成的（Y 0.95Eu 0.05）PO4和 （Y 0.96.xTb 0.04Eux）PO4 （x=0～0.10）晶体纳米片，并详细研究不同组份时的发光性能。Zhang等[7]利用自牺牲模板技术制备了Eu3+掺杂的YPO4空心球，并对不同掺杂条件下产物的荧光性能进行了详细探讨。此外，纳米稀土磷酸化合物具有大的比表面积，稳定性、良好的导电性及生物相容性，因此也被应用在生物传感器领域[1，8]。Zhou等[1]通过水热法在150℃下反应12 h成功合成了LaPO4纳米线，用于生物传感器的构建， 该生物传感器在多巴胺（DA）、尿酸（UA）检测中表现出良好的选择性、宽的检测范围、低的检出限。 　　磷酸钬（HoPO4）作为一种重要的稀土磷酸盐，制备方法包括高温灼烧法[9]、共沉淀法[10]、结晶法[11]等。HoPO4由于其优异的荧光性能在安全防伪、装饰等领域具有广泛应用。在太阳光和三色光的激发下，HoPO4能发射不同波长的光[10]。通过不同金属离子的掺杂作用，可以改变其晶体结构和荧光性能[11]。但是目前关于HoPO4在生物传感领域的应用，却鲜有报道。 　　H2O2是一种强氧化剂，被广泛应用在食品加工、消毒液、医药生产等领域。但H2O2的强氧化性会对人体健康造成危害，因此对其含量的分析测定具有重要意义[12～14]。目前对H2O2的检测方法主要有电化学法[15]、荧光分析法[16]、比色法[17]、表面增强拉曼光谱法[18]和电化学发光法[19]等，其中电化学法因具有选择性好、灵敏度高、反应快速等优点得到广泛应用[20]。Guo等[14]制备了基于血红蛋白（Hb）.collagen复合材料的新型H2O2生物传感器，该传感器表现出稳定性好、灵敏度高、线性范围宽等优点。血红蛋白作为一种重要的氧化还原蛋白，对人体内的氧和二氧化碳的存储和运输起着重要作用。血红蛋白拥有丰富的生物催化活性位点，而且价格低廉易得，被广泛的用于构建H2O2生物传感器[21]。然而，血红蛋白作为生物大分子，被直接固定在电极表面时，将阻碍电子的直接转移[22]。为了克服该难题，碳纳米管[23]、石墨烯[24]、普鲁士蓝[25]及各种金属纳米粒子[26，27]等被用于固载生物酶，提高酶与电极间的直接电子转移，进而提高H2O2的检测灵敏度。 　　本研究结合稀土元素多能级的电子结构、良好的生物相容性等特点，研究稀土纳米材料HoPO4的电化学性能及生物传感应用。首先采用热水法合成n.HoPO4，将其用于固载Hb到玻碳电极表面，从而制备出Hb/n.HoPO4/GCE修饰电极，并研究了修饰电极的电化学行为。n.HoPO4因具有良好的导电性和生物相容性，能够促进Hb与电极间的电子转移。所制备的生物传感器对H2O2具有较宽的检测范围、良好的稳定性和重现性。 　　2 实验部分 　　2.1 仪器与试剂 　　CHI660D型电化学工作站（上海辰华仪器有限公司）； 能谱分析（EDS）仪（Philips XL30）、MLA650F型扫描电子显微镜（美国FEI公司）； Autolab PGSTAT12电化学交流阻抗仪（Ecochemie， BV，荷兰）； 电化学测量采用三电极体系，玻碳电极作为工作电极（Φ=4 mm），铂丝电极作为对电极，甘汞（饱和KCl溶液）电极