Os~(2+)/Os~(3+)氧化还原聚合物薄膜电极及其生物传感研究

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以Os2+/Os3+氧化还原聚合物为成膜材料而发展起来的电化学传感技术,为化学修饰电极和电极-溶液界面的物理化学特性的控制和改造提供了一个不可多得的机会。最近研究表明锇联吡啶类氧化还原聚合物在进行电化学还原时,会通过配位交联的方式在电极表面形成水溶性的氧化还原聚合物膜。与化学交联法相比,电化学交联法为电极表面的精确修饰提供了一种更容易控制和更为快速、简单的方法,在传感器的微型化方面具有很大的潜在价值。本文运用电化学交联法将几种新型锇联吡啶聚合物和葡萄糖氧化酶修饰在电极表面,成功制备了几种重要生物小分子和葡萄糖的电化学传感器,对其电化学性能和生物分析应用进行了比较全面的研究。本论文研究的主要内容有: (ⅰ)通过双电位阶跃的方法将一种锇氧化还原聚合物(PVI-PAA-dmeOs)交联在金电极表面形成PVI-PAA-dmeOs修饰膜。该修饰膜能进行快速的电子交换,并具有良好的渗透性能。用石英晶体微天平(EQCM)详细研究了氧化还原聚合物的电化学交联过程,在此基础上结合其它电化学实验方法提出了电化学交联过程的机理。对PVI-PAA-dmeOs膜修饰电极的电化学性能进行了探讨,实验结果表明PVI-PAA-dmeOs膜修饰电极对肾上腺素的氧化具有良好的电催化特性。PVI-PAA-dmeOs膜修饰电极能催化肾上腺素的氧化,并在0.16V左右产生一灵敏的氧化峰,较其在裸金电极上的氧化峰电位负移了0.25V,峰电流也有很大的提高。在此基础上提出了一种能灵敏测定肾上腺素的安培分析方法。在最佳条件下,安培稳态催化电流与肾上腺素的浓度在5×10-7至1×10-4 mol L-1范围内呈现良好的线性关系,检测限为1.5×10-7 mol L-1。 (ⅱ)通过将葡萄糖氧化酶(GOD)和锇氧化还原聚合物(PVI-PAA-Os)共沉积在金电极表面制备了葡萄糖传感器。探讨了传感器的制备条件并研究了其电化学性能。这类PVI-PAA-Os/GOD复合膜修饰电极表现出典型的可逆伏安响应,其式量电位为0.14V。扫描速度对PVI-PAA-Os/GOD复合膜修饰电极伏安行为的影响实验表明修饰电极的氧化还原为典型的表面过程。PVI-PAA-Os/GOD复合膜电极在含葡萄糖的缓冲溶液中产生非常明显的催化氧化电流。在最佳条件下,0.25V处记录的稳态催化电流与葡萄糖浓度在0.1-30mM范围内呈现良好的线性关系,传感器的检测限为0.03mM。对传感器的酶催化动力学进行了研究,得出的Michaelis-Menten常数和最大催化电流密度分别为16.55 mM和202.64泌了cmZ。该传感器可用于全血中葡萄糖的检测。 (iii)将葡萄糖氧化酶和PviPAA一05共沉积在低噪音的纳米碳纤维电极表面制备了一种纳米生物传感器。对纳米传感器进行了扫描电子显微镜表征,结果显示用电化学交联方法在纳米碳纤维电极表面形成的PVIPAA一Os/GOD复合膜均匀性良好。修饰在纳米碳纤维电极上的PVIPAA一Os/GOD复合膜的氧化还原行为仍然表现出典型的表面过程及快速电子传递的特性。纳米传感器在0.22V的工作电位下对葡萄糖具有优良的安培响应。其稳态电流与葡萄糖浓度在0.01至巧mM的范围内呈现良好的线性关系,检测限为0.004 mM(S/N二3)。与常规电极相比,纳米传感器具有更高的灵敏度和更好的稳定性。该传感器应用于大白兔血糖浓度的实时检测,结果令人满意。 (iv)建立了一种能在高浓度多巴胺和尿酸存在下实现抗坏血酸灵敏检测的方法。一种具有低式量电位的饿联毗陡氧化还原聚合物(P vl.PAA一dmoos)可通过电化学方法修饰在金电极表面。用伏安法研究了PVI卫AA一dmoos膜修饰电极的电化学性能及其对抗坏血酸的电化学催化氧化特性。与抗坏血酸在裸金电极上的缓慢电化学氧化过程相比,PVI一PAA一dmoos膜修饰电极极大地降低了抗坏血酸的氧化过电位,并提高了抗坏血酸的峰电流,在o.olv(vs.ScE)左右形成一灵敏的氧化峰。选择0.01v作为安培检测的工作电位,其稳态催化电流与抗坏血酸的浓度在2/10一至4/10碑molL一,范围内呈现良好的线性关系,传感器的检测限可达6 X 10一7 moIL”。干扰实验结果表明高浓度的多巴胺、尿酸以及其它常见的电活性物质对抗坏血酸的安培电流无明显影响。PVI卫AA一dmoos膜修饰电极己成功地用于人尿样中的抗坏血酸的测定。 (v)通过将饿一联毗咤氧化还原聚合物(P VP一EA一05)修饰在金电极表面制备了一种尿酸传感器。PVPEA一05膜修饰电极在生理缓冲溶液中对尿酸的氧化表现出良好的电催化性能,尿酸的氧化峰电位比裸金电极负移了230 mV且峰电流也得到了很大的提高。实验结果同时表明,尿酸在该膜修饰电极上表现出良好的安培响应。安培稳态催化电流与尿酸的浓度在4.0、10一7至1.0 x 10一molL一,范围内呈现良好的线性关系,检测限为1.5 X10一7 molL一‘。应用于生物样品中尿酸的检测,取得了满意的结果。
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