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生物电化学传感器在临床诊断、环境监测、食品检测等领域具有广泛的应用前景。研究表明,把纳米材料应用于生物传感器的制备可以提高传感器的响应性能。研究和制作可用于检测各种疾病标志物的生物小分子(如尿酸等)的生物电化学传感器是当前电化学、电分析化学、生理医学以及临床医学等学科的重要研究课题之一,可为各种疾病的临床快速诊断和治疗提供新的依据和手段。
本论文利用碳纳米管优良的电催化性能、良好的生物相容性以及大的比表面积等特性,对其表面进行特定修饰后用于生物电化学传感器的制作,研究了尿酸酶在碳纳米管修饰电极表面的电催化特性,并将制备的生物电化学传感器用于检测细胞内外尿酸的浓度。主要内容如下:
尿酸酶—硫堇—单壁碳纳米管(Uox-Th—SWNTs)复合物的制备、表征及在尿酸生物电化学传感器中的应用。将SWNTs分散在SDBS(十二烷基苯磺酸钠)中,使SWNTs表面带负电荷,通过正负电荷的相互作用,将带正电荷的硫堇(Th)和尿酸酶(Uox)吸附在电极表面制成Uox-Th-SWNTs/GC电极。用FTIR光谱、AFM等方法对Th-SWNTs和Uox-Th-SWNTs复合物进行了表征。伏安结果表明Th-SWNTs/GC电极在电位为-400mV下对过氧化氢(H2O2)的还原表现出很高的的电催化活性,并且在该电位下电极具有很好的抗干扰能力。将Uox固定到Th-SWNTs/GC电极表面形成Uox-Th—SWNTdGC电化学生物传感器,该电极对尿酸的响应快速高效、线性范围宽、检测限低、稳定性及重现性好,可用于检测实际样品中尿酸的浓度,相对误差在5％以内。表明该传感器在生理临床样品的分析中具有很大的应用潜力。
将制备的Uox-Th-SWNTs/GC电极应用于人胚肾细胞(HEK293A)内源性尿酸的测定,结果表明HEK293A细胞中尿酸的浓度为3μmol/L。同时,研究了D-果糖对HEK293A细胞产生尿酸的刺激作用,在加入5mmol/LD-果糖后,细胞中尿酸的量逐渐增大,5min后达到最大值(约为10μmol/L),之后浓度逐渐降低并且达到一稳定的值(约6-7μmol/L)。表明该方法也可以用于研究细胞内尿酸释放的动力学过程。
在前面实验的基础上,进一步考察了Th—SWNTs/GC电极对NADH的电催化性能。实验表明Th-SWNTs/GC电极对NADH不仅有很高的电催化活性,并且有效地降低了氧化电位,因此Th-SWNTs/GC电极可为制作基于脱氢酶的生物电化学传感器提供了平台。