新型聚合离子液体基乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器的设计和应用

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建立农药及其衍生物的快速原位分析方法具有重要意义。安培型乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase,ACh E)生物传感器具有反应快、简单、方便、分析成本低等优点,已被证明是一种合理的解决方案。为了构建高性能的ACh E生物传感器,关键是要选择合适的固定化方法和支撑基质,从而保持ACh E的生物活性,同时加速电子转移。本文研制的生物传感器以包埋了ACh E的聚合离子液体(Polymeric ionic liquids,PILs)微凝胶(ACh E@PILs)作为基体材料。在弱碱性条件下,表面负电荷的ACh E与正电荷离子液体单体产生较强的相互作用,在模板的作用下离子液体单体乳液聚合为PILs,在这一过程中实现ACh E的包埋形成ACh E@PILs。带正电荷的PILs不仅在酶分子周围提供一个生物相容的微环境,稳定其生物活性并防止其泄漏,而且还作为一个可修改的界面,允许其他具有电子传输特性的组件负载到聚合物底物上,从而为捕获的酶提供了一个有效的电子传递通道。基于以上研究,本论文主要进行了以下工作:(1)选用金纳米粒子(Au nanoparticles,Au NPs)作为文章中选用的第一种高电子传输特性的支撑基质。在ACh E@PILs的基础上,继续用静电组装带有高负电荷特性的Au NPs,制备出了ACh E@PILs@Au NPs。其所构建的电化学生物传感器ACh E@PILs@Au NPs/GCE对西维因和敌敌畏的测量限分别是5.1×10-2和3.8×10-2ng ml-1,线性范围分别为6.25×10-2-8.75×10~2和1.25×10-1-1.375×10~3ng ml-1。而更关键的是,该生物传感器拥有高度的热稳定性和贮藏稳定性。(2)进一步探索构筑方式对电化学生物传感器的影响。选用羧基化多壁碳纳米管(Carboxylated multiwalled carbon nanotubes,c-MWCNTs)作为第二种高电子传输特性的支撑基质。选取两种不同电荷特性的c-MWCNTs并作为对比来制备电极材料。具有负电荷特性的c-MWCNTs-1与ACh E@PILs采取静电组装法制备出ACh E@PILs/c-MWCNTs-1,电中性的c-MWCNTs-3与ACh E@PILs采取简单混合法制备出ACh E@PILs/c-MWCNTs-3。所构建的电化学生物传感器ACh E@PILs/c-MWCNTs-1/GCE和ACh E@PILs/c-MWCNTs-3/GCE在相同底物浓度条件下差异显著,前者峰值电流为后者的1.96倍。更值得注意的是,二者对毒死蜱的检测限分别为1.22×10-2ng m L-1和2.73×10-2ng m L-1,线性范围分别是6.25×10-2-6.25×10~2ng m L-1和6.25×10-1-1.00×10~3ng m L-1。
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