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正常人的血和尿中半乳糖含量极微,哺乳期妇女及新生儿血和尿中半乳糖含量稍有增高。半乳糖在体内不能直接代谢,必须先转化成糖原,当肝功能障碍时,肝脏合成糖原的能力减弱,血内糖量增加,尿内也出现糖。甲状腺机能亢进时,血中半乳糖很高,并在2小时内不能恢复正常。先天性肝脏半乳糖代谢障碍的新生儿喂以正常量乳汁后,血和尿中的半乳糖含量也会升高。这种半乳糖血微是对新生儿威胁较大的遗传代谢病。临床上D一半乳糖的测定对半乳糖血微的早期诊断和治疗具有重要的作用。半乳糖生物传感器的研制,能快速而准确地测定半乳糖的浓度。酶电极的研究和开发己取得巨大进展,在临床医学上可以用它来分析一些重要的生理参数如血糖、胆固醇等含量。
本文利用碳纳米管的独特的电化学性质,采用两种方法制备了半乳糖氧化酶生物传感器。研究旨在通过改进酶的同定化技术,提高同定化酶的催化效率,以达到改善半乳糖生物传感器性能的目的。具体研究究作如下:
第一部分碳纳米管复合式薄膜半乳糖氧化酶生物传感器研究利用恒电位电沉淀的方法制备了普鲁士蓝薄膜电极,对普鲁士监薄膜电极的电化学性质进行了研究。一种表面活性剂一双十六烷基磷酸(DHP)作为分散剂,碳纳米管分散于此分散剂,可以用到一种均匀的薄膜,对MWNT-DHP薄膜的成膜原理及成膜条件进行了研究,用循环伏安法和扫描电镜对MWNT-DHP薄膜进行了表征,从电化学性质和形貌上对薄膜进行了研究。在此基础上,制备了MWNT-PB复合式薄膜电极。碳纳米管特殊的中空管状结构具有较大的比表面积,经酸处理后的碳纳米管具有更多的活性位点,其上的羧基容易与蛋白质上的氨基结合,碳纳米管用于酶分子的同定可以增加同定的分子数量,从而增强反应信号。利用吸附法将半乳糖氧化酶同定丁MWNT-PB复合式薄膜上,制备了碳纳米管复合薄膜半乳糖氧化酶生物传感器。对此半乳糖生物传感器的电化学性质和工作原理进行了研究。对碳纳米管复合薄膜半乳糖氧化酶生物传感器的检测条件:工作电位、半乳糖浓度、底液 pH 等进行了优化。确认其对半乳糖具有灵敏的生物响应性,表现出良好的线性和分辨率。在半乳糖浓度为0.5×10<-3>~1.5×10<-2>mol/L 时呈线性响应,检出限为1.0×10<-4>mol/L,响应时间10s,30d后,响应电流依然保持80%。
第二部分掺杂纳米PB多壁碳纳米管碳糊半乳糖生物传感器的制备利研究碳糊电极本身制作简单,而且具有固体碳电极的优点,因而在电分析中得到了很快的发展。是倍受当今电分析工件者关注的一种新电极。碳纳米管本身是一种优良的电极材料,利用此种特性在本实验中制备了多壁碳纳米管碳糊电极。并把纳米普鲁士蓝颗粒掺杂到此碳糊电极中,有效地固定了电子媒介体。利用多壁碳纳米管大的表面积把酶吸附固定于 PB掺杂多壁碳纳米管碳糊电极上,制备了掺杂纳米PB多壁碳纳米管碳糊半乳糖生物传感器。对 PB 掺杂多壁碳纳米管碳糊电极的制备条件、电化学性质进行了研究。对半乳糖氧化酶固定化溶液组成的条件进行了优化,主要包括:①pH对响应的影响;②KC1浓度对响应的影响;③半乳糖氧化酶浓度对响应的影响;④交联剂对固定化酶响应的影响。对掺杂纳米PB 多壁碳纳米管碳糊半乳糖生物传感器的检测条件进行了优化。确认其对半乳糖具有较好的生物响应。响应在0.5×10<-3>~2.5×10<-2>mol/L 浓度范围内呈线性,检出限为1.0×10<-4>mol/L,响应时间15s,性质稳定,一个月后电极的响应电流下降了20%。本实验采用两种方法制备了半乳糖氧化酶传感器,都有较好的工作范围和稳定性。基于生产工作的需要,掺杂纳米 PB 多壁碳纳米管碳糊半乳糖生物传感器比碳纳米管复合式薄膜半乳糖氧化酶生物传感器更加有利于应用,有希望能开发成一次性电化学传感器。