硅溶胶-凝胶包埋纳米金和酶的葡萄糖生物传感器.pdf

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1、第27卷第3期应用化学Vo1．27No．32010年3月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYMar．2010硅溶胶-凝胶包埋纳米金和酶的葡萄糖生物传感器高盐生王媛狄俊伟(苏州大学化学化工学院苏州215123)摘要采用溶胶．凝胶技术将金纳米粒子和葡萄糖氧化酶一次性固定于硅溶胶一凝胶的网络结构中，制备了葡萄糖生物电化学传感器并优化了传感器的制备条件。酶电极对葡萄糖具有良好的电化学响应，葡萄糖浓度在0．02—2．0mmolfL范围内和催化电流呈线性关系，检出限为0．005mmolfL。酶电极在4℃下贮存100

2、d后对葡萄糖的响应仅下降8％。该酶电极灵敏度高、响应快、稳定性好。关键词金纳米粒子，溶胶一凝胶，葡萄糖，电化学传感器中图分类号：0657．1文献标识码：A文章编号：1000-0518(2010)03-0363-04DOI：10．3724／SP．J．1095．2010．90180糖尿病是世界范围的一个公共健康问题，因葡萄糖的临床分析要求日益提高，葡萄糖生物传感器的研究特别受到重视，而葡萄糖生物传感器占了整个生物传感器市场的85％¨。虽然无酶传感器具有不受酶活性变化影响的优点J，但基于葡萄糖氧化酶的安培型电化学传感器是研究最多的一类，

3、从检测生成双氧水的第一代葡萄糖传感器，依靠媒介体传递电子的第二代葡萄糖传感器，到利用酶和电极间直接电子传递的第三代传感器¨J。酶的固定化是酶电极制备的关键，纳米界面结构可改善酶电极的性能【3，如金纳米粒子不仅增加了酶的负载量和稳定性，并且可提高酶的催化活性，从而显著提高酶电极的检测灵敏度-81。溶胶一凝胶是一种很好的物理包埋剂，如硅溶胶一凝胶可形成三维网络结构，具有较好的生物相容性，可包埋热稳定性和化学稳定性差的酶分子，保持有足够的自由潘动空间且不从网络中流出，从而提高传感器的使用寿命，加J。采用疏基硅烷凝胶溶胶、纳米金和葡萄糖氧

4、化酶自组装于金电极表面口]，提高了葡萄糖传感器的性能；然而传感器的制备步骤较多，金纳米粒子需扩散进入溶胶．凝胶网络，金纳米粒子的大小易受限制，并且测试溶液中要加入电子媒介体，属于第二代生物传感器。本工作集纳米科技、自组装和溶胶-凝胶技术的优势于一体13],y一步法同时有序地固定金纳米粒子和葡萄糖氧化酶于三维硅溶胶-凝胶网络结构中，制备了灵敏度高和稳定性好的无试剂葡萄糖电化学传感器。1实验部分1．1试剂和仪器葡萄糖氧化酶(GOD，Sigma公司)，L一半胱氨酸(L．Cys)购于国药集团化学试剂有限公司(中国上海)，硅酸钠(NaSiO

5、。·9H0，江苏太仓光耀试剂厂)，分析纯，聚乙烯醇(PVA)，平均聚合度为2400～2500，上海试剂厂进1：3分装；金溶胶(AuNP)，苏州大学物理化学实验室提供，粒径约为30nm。其它试剂均为分析纯，研究溶液用二次蒸馏水配制。CHI660A型电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)，采用三电极系统：饱和甘汞电极为参比电极，Pt电极为辅助电极，酶电极为工作电极。TU-1810型紫外．可见分光光度计(北京普析通用仪器有限公司)；TecnaiG220型透射电子显微镜(美国FEI公司)。1．2硅溶胶的制备参考文献[1O]方法，将Na2Si

6、O3·9HO置于烘箱里，120oC下放置约12h，得NaSiO·3HO，完全冷却后用3mol／L的盐酸溶液调节比重到1．38，过滤后得到澄清的水玻璃溶液。取出1mL用水1：1(体积2009-03-18收稿，2009-06-02修回江苏省教育厅自然科~(07KJB150101)、苏州大学科研预研基金(Q3109840)资助项目通讯联系人：狄俊伟，男，教授；E-mail：djw@suda．edu．cn；研究方向：电化学传感器及电分析化学364应用化学第27卷比)稀释，再经过磺酸基型阳离子交换柱后，得到pH=1．5的硅溶胶，备用。1．3

7、酶电极的制备金电极(直径为3mm，实验室自制)用6．25m的细砂纸湿磨电极，0．3m的三氧化二铝粉抛光，随后依次用无水乙醇、亚沸水超声洗涤5min，最后将电极放在0．05mol／L的硫酸底液中，在一0．2—1．3V的电位范围内，以0．2v／s的扫描速率进行电化学预处理，至稳定的循环伏安曲线(通常为10min)，备用。将预处理后的金电极浸入0．30mL硅溶胶、0．25mIGOD(2000U／mL)、0．15mLL．半胱氨酸(10mmol／L)、0．20mLPVA(质量分数为0．05％)、0．10mL金溶胶的均匀混合液中，约30s后取

8、出，在4℃下放置12h后得到酶电极。2结果与讨论2．1酶电极的电化学行为各电极在磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安曲线如图1所示。由图1可知，裸Au电极(曲线)和不加酶的修饰电极(曲线b)没有电化学响应，而酶电极(曲线C)出现了一对准可逆的氧化还原峰，在扫