介体型水质BOD生物电化学传感器研究进展

生物化学需氧量(BOD)是目前国际上用来衡量水质有机物污染的重要指标之一。由于水体中氧的溶解度非常低,以电子媒介体代替溶解氧为电子受体的介体型BOD生物电化学传感器以其快速、准确、稳定等优点得到了较快的发展。论述了介体型水质BOD生物电化学传感器的发展现状及研究动态,重点讨论了介体型水质BOD生物电化学传感器的工作原理、构成及类型,分析了不同类型传感器的优缺点,并对其核心部分-微生物膜的制备方法做了比较详细的介绍。     

聚L-谷氨酸／铁氰根修饰玻碳电极的制备及其对镉离子的识别

制备了聚L-谷氨酸/铁氰根修饰电极,研究了镉离子在该修饰电极上的电化学行为,建立了一种测定痕量镉离子的新方法,该方法简便准确,检测下限可达2.5×10-9 mol/L,在4×10-9～3×10-5 mol/L的浓度范围内,峰电流与Cd2 的浓度呈良好的线性关系.该电极可用于测定水中镉的含量,结果令人满意.     

集成多传感器的环境监测电子舌的研究

研发了一种基于硅基底的环境监测新型电子舌,用于在线检测锌、镉、铅、铜、铁和铬6种痕量重金属元素.系统由一个电化学微电极阵列和两个光寻址电位传感器组成.其中微电极阵列由8×8个直径为10 μm的金微电极组成,采用方波阳极溶出伏安法实现锌、镉、铅和铜4种元素的快速检测.另外在硅基底的两个2 mm×2 mm的金膜表面,分别沉积铁离子和铬离子选择性薄膜,实现光寻址电位传感器,用来实时检测铁和铬2种元素.实验结果表明,本文方法具有所需样品少、操作方便、检测速度快以及灵敏度高等优点,检出限可达到微克/升级.     

聚甘氨酸／铁氰根修饰玻碳电极的制备及其对铅离子的识别

首次制备了聚甘氨酸/铁氰根修饰电极,研究了铅离子在该修饰电极上的电化学行为,建立了一种测定痕量铅离子的新方法.该方法简便准确,检测下限为8.6×10-10 mol/L,在1.0×10-9～7.0×10-6 mol/L的浓度范围内,峰电流与Pb2 的浓度呈良好的线性关系,样品加标的回收率在92%～103%之间.该电极可用于测定水中铅的含量,结果令人满意.     

基于金-石墨烯修饰的高灵敏甲胎蛋白电化学免疫传感器

以具有大比表面积和良好生物相容性的纳米金颗粒(AuNPs)和金-石墨烯复合物(Au-Gra)为基底,成功制备了高灵敏甲胎蛋白免疫传感器。首先在金电极表面电沉积一层纳米金,接着滴涂一层具有独特电化学活性的铁氰化镍纳米粒子(NiNPs)电子媒介体,然后滴加一层Au-Gra复合膜,最后利用Au-Gra结合甲胎蛋白抗体(anti-AFP),从而制得甲胎蛋白免疫传感器。采用循环伏安法对电极性能进行了验证,结果表明该传感器有良好的电流响应性能,检测线性范围为0.1~100 ng/mL,检出限为0.03 ng/mL (S/N=3)。此传感器简单、快速、灵敏,可望用于临床诊断。     

以硫堇为介体的纳米金颗粒增强的葡萄糖传感器

研制以纳米金颗粒与聚乙烯缩丁醛(PVB)及葡萄糖氧化酶(GOD)混合制成复合固酶膜基质,制成葡萄糖氧化酶生物传感器.研究了使用硫堇(Thi.)作为电子媒介体对葡萄糖氧化酶电极响应的影响.实验证明,电子媒介体的引入可以大大提高葡萄糖氧化酶电极响应的灵敏度,为制备有实用价值的葡萄糖生物传感器提供了重要的实验依据.     

含电子媒介体电化学传感器电子迁移机理的研究

基于《一种微生物检测的生物电化学方法研究》中介绍的一种电测方法,实验对比了试样中含菌量低端时加和未加低分子媒介体时的电极响应,分析讨论了低分子媒介体加速电子传递速率的机理.用氢酶如何催化代谢物上氢的氧化或质子的还原以及配合态液中氧化还原过程的电子迁移规律阐释了生物的氧化还原过程中的电催化反应机理.     

基于Nafion/双层L-半胱氨酸-纳米金固定辣根过氧化氢酶的生物传感器

利用滴涂于金盘电极表面的Nafion膜中负电性的磺酸基与L-半胱氨酸阳离子之间的静电作用实现L-半胱氨酸的固定化,然后利用L-半胱氨酸表面的巯基吸附纳米金,荷负电的纳米金再结合L-半胱氨酸阳离子后再吸附纳米金以制备基于多层分子自组装的辣根过氧化氢生物传感器.采用循环伏安法考察了传感器的电化学特性,用Co(bpy)33 作为电子媒介体,峰电流值与H2O2浓度在2.5×10-5～5.0×10-3mol/L成线性关系,检测下限为1.0×10-5mol/L(S/N=3).该传感器具有响应快、灵敏度高、稳定性好的性能,且具有良好的选择性,能有效排除抗坏血酸、抗尿酸等常见干扰物质对测定的影响.     

基于聚吡咯纳米线的硝酸根离子传感器的研究

在碳酸钠和碳酸氢钠水溶液中,使用电化学非模板法制备得到聚吡咯(polypyrrole)纳米线修饰电极,然后在高氯酸锂溶液中浸泡24 h.在0.5 mol/L硫酸溶液中,采用固相微萃取电流法(EC-SPE)来检测水中的硝酸根离子,所用固相萃取氧化电位为0.85 V,时间300s,还原电位为-0.15 V,还原时间100s.考察了聚合电量、被测试液温度、酸度、共存离子对该修饰电极检测水样中的硝酸根离子浓度的影响.硝酸根离子的浓度与还原电流密度呈良好的线性关系,检测极限和灵敏度分别是2.43×10-5mol/L和65.99 mA/M cm2.     

基于RGD多肽掺杂聚吡咯-铟锡氧化物的仿生微电极构建及用于细胞生物学行为的电化学阻抗谱检测

构建一种基于RGD多肽分子掺杂聚吡咯膜修饰的铟锡氧化物微电极(PPy/RGD-ITO),并以此作为传感电极实现细胞生物学行为的电化学阻抗谱检测.采用光刻技术蚀刻感光干膜绝缘层制备ITO微电极;以含RGD模体的多肽分子作为吡咯电聚合唯一的掺杂阴离子,通过电化学共聚合方式在ITO微电极表面沉积PPy/RGD复合膜形成PPy/RGD-ITO微电极;原子力显微镜(AFM)、接触角测量仪和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分别表征PPy/RGD复合膜的表面拓扑形貌、湿润性和组成成分;人肺癌细胞株A549铺展、粘附及增殖实验考察了PPy/RGD复合膜与细胞间的相互作用;以构建的PPy/RGD-ITO微电极作为传感电极,通过电化学阻抗谱技术对A549细胞粘附增殖行为及天然抗癌药物分子重楼皂苷I的细胞毒性进行了分析.结果显示,通过简单的电化学共聚合成功将RGD分子掺杂进PPy膜内,且PPy/RGD复合膜具有优异的表面物理性能;PPy基质膜内掺杂的RGD分子保留其生物活性,相比裸ITO电极和聚4-苯乙烯磺酸钠(PSS)掺杂的PPy膜,PPy/RGD复合膜能更好地促进A549细胞的铺展、粘附和增殖;由于PPy/RGD-ITO微电极表面A549细胞形态学变化可改变电极系统的阻抗谱特征,因此通过电化学阻抗谱技术可解析A549细胞粘附增殖行为学信息,同时可定量分析重楼皂苷I细胞毒性.因此,通过简单的电化学共聚合方法将生物活性RGD分子掺杂进PPy膜内制备出的PPy/RGD膜具有优良的生物相容性,可作为一种重要的仿生电极修饰材料用于构建电子系统和细胞生物学系统的耦合界面,未来可应用于细胞生物学行为及药物筛选研究.