论文部分内容阅读
光学葡萄糖传感器的核心器件之一是对葡萄糖分子具有特异性作用的葡萄糖敏感膜,它由敏感物质和基体材料组成,其中敏感物质对葡萄糖分子具有特异性催化功能,而基体材料需具备良好的生物相容性和吸附性能。在光学葡萄糖传感器中,葡萄糖敏感膜的物理化学性质直接影响着光学葡萄糖传感器的性能。设计并研制具有良好光学性质和吸附性能的葡萄糖敏感膜,对于研发高灵敏度、宽检测范围、短响应时间、高稳定性的光学葡萄糖传感器具有重要的意义。本论文主要包含以下几个方面的内容:(1)采用化学交联法,将葡萄糖氧化酶(GOD)修饰在SiO2纳米球表面,形成固定化葡萄糖氧化酶(GOD/SiO2);采用PAM凝胶为包埋材料,将GOD/SiO2包覆形成纳米复合葡萄糖敏感材料;利用XRD、SEM、FTIR等测试手段对其进行表征。(2)采用数值模拟方法,基于四层模型--棱镜(或光纤)/金膜/敏感膜/样品,分别探讨棱镜型SPR传感和终端反射式光纤SPR传感的规律。结果表明,这两种SPR传感器的特征参数,即共振角和共振波长,在一定葡萄糖浓度范围内都与纳米复合葡萄糖敏感膜的折射率成良好线性关系。(3)探讨纳米复合葡萄糖敏感材料在平面玻璃金片上的成膜方法,利用棱镜型SPR传感系统检测葡萄糖浓度,研究GOD含量和环境pH值等因素对传感器灵敏度的影响。结果表明,GOD含量为4 mg/mL、环境pH为7.0时,传感器灵敏度达到0.019 degree/(mg/dL);在0-80 mg/dL的葡萄糖浓度范围内,传感器输出量共振角与纳米复合葡萄糖敏感的折射率、葡萄糖浓度都有良好的线性关系。(4)探究纳米复合葡萄糖敏感材料在光纤传感探头上的成膜方法,利用终端反射式光纤SPR传感系统检测葡萄糖浓度,研究膜厚、GOD含量、环境pH值及环境温度等因素对传感器灵敏度的影响。结果表明,在0-80mg/dL的葡萄糖浓度范围内,传感器的共振波长与纳米复合葡萄糖敏感的折射率、葡萄糖浓度同样具有良好的线性关系,优化后的光纤传感探头在最适条件下传感器灵敏度达到0.14 nm/(mg/dL)。(5)为理解纳米复合葡萄糖敏感膜的传感机制,探讨纳米复合葡萄糖敏感膜的吸附模型。基于两种SPR实验的计算数据一致表明,在0-80mg/dL的葡萄糖浓度范围内,葡萄糖敏感膜内葡萄糖的体积分数与葡萄糖的浓度呈良好的线性关系,可用Freundlich吸附等温模型来解释;当葡萄糖浓度在超过120 mg/dL时,Langmuir吸附等温模型适用于描述纳米复合葡萄糖敏感膜吸附葡萄糖分子的吸附过程。