葡萄糖氧化酶在石墨烯-纳米氧化锌修饰玻碳电极上的直接电
化学及对葡萄糖的生物传感
陈慧娟;朱建君;余萌
【摘要】Graphene was coated on glassy carbon electrode and ZnO was then electrodeposited on the modified electrode.The biosensor was fabricated for sensitive determination of glucose after glucose oxidase was immobilized on the modified electrode.Scanning electron microscope was used to characterize the nano-composite film.The electrochemical behaviors of glucose oxidase on the modified electrode were investigated in the range of-0.7 V to-0.1 V by cyclic voltammetry.The experimental results demonstrated that the nanocomposite well retained the activity of glucose oxidase and the biosensor exhibited excellent electrocatalytic activity toward the redox of glucose.In 0.1 mol/L PBS (pH 7.0),the glucose oxidase adsorbed onto the graphene/ZnO composite film exhibits a pair of well-defined nearly reversible redox peaks and fine catalysis to the oxidation of glucose.The electron transfer rate constant (ks) of glucose oxidase at the modified electrode was 1.42 s-1,and Michaelis-Menten constant (Kampp) was 14.2 μmol/L.A good linear relationship was obtained in the range of 2.5 × 10-6-1.5 × 10-3 mol/L,with the limits of detection of 2.4 × 10-7 mol/L (S/N =3).The biosensor has good conductivity,stability and repeatability,and it can be used to analyze real samples.%采用滴涂法和电沉积法制备了石墨烯/纳米氧化锌复合膜修饰玻碳电极,再将葡萄糖氧化酶固定在修饰电极表面制成了电化学生物传感器,用于葡萄糖的灵敏测定.用循环伏安法在-
0.7～-0.1 V范围内研究了葡萄糖氧化酶在修饰电极上的直接电化学行为.结果表明,石墨烯/纳米氧化锌复合膜能很好地保持葡萄糖氧化酶的生物活性,并显著促进了其电化学过程.在0.1 mol/L磷酸盐缓冲溶液(pH 7.0)中,固定在修饰电极上的葡萄糖氧化酶呈现出一对近乎可逆的氧化还原峰,并且对葡萄糖的氧化具有良好的催化作用.葡萄糖氧化酶在修饰电极上的电子转移常数ks为1.42 s-1,修饰电极对葡萄糖催化的米氏常数Kappm为14.2μmol/L.线性范围为2.5×10-6～1.5×10-3 mol/L,检出限为2.4×10-7 mol/L (S/N=3).此修饰电极具有良好的导电性能、稳定性和重现性,可用于实际样品的分析测定.
【期刊名称】《分析化学》
【年(卷),期】2013(041)008
【总页数】6页(P1243-1248)
【关键词】石墨烯;氧化锌;葡萄糖氧化酶;直接电化学;生物传感器
【作者】陈慧娟;朱建君;余萌
【作者单位】信阳师范学院化学化工学院,信阳464000;信阳师范学院化学化工学院,信阳464000;信阳师范学院化学化工学院,信阳464000
【正文语种】中文
葡萄糖是生命体的重要物质,其在体液中的含量是反映身体状况的重要指标。尤其是对于糖尿病患者,其血糖浓度的测定是控制病情的重要手段,因此准确、快速地测定血中葡萄糖的含量极为重要[1]。目前,测定葡萄糖的方法主要有分光光度法[2]、电化学法[3]、高效液相色谱法[4]及毛细管电泳法[5]等,这些方法大多数分析速度较慢或成本较高。电化学传感器具有灵敏度高、响应时间短、线性范围宽、成本低
等优点。近年来,电化学葡萄糖生物传感器已成为研究热点之一[6]。
目前,葡萄糖传感器多采用在电极表面修饰葡萄糖氧化酶(GOD),以获得高灵敏度和
高选择性的电极响应。将GOD固定在具有生物相容性的电极表面可发生一个相当快的电子传递反应,利用直接电子传递性质制得的生物传感器不需要向分析液中添
加电子传递媒介体而对底物分子进行电化学测定。然而,GOD与裸露的电极表面直接接触通常会引起蛋白质的结构与功能发生变化,并失去生物活性,使蛋白质在电极
上的电子传递受到抑制;而且蛋白质的电活性中心被包埋在双螺旋结构中,不能接近
电极表面,因此难以实现蛋白质与电极间的直接电子传递。
石墨烯是由一薄层包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成,其厚度仅为0.35 nm,近年来广受研究者的关注。石墨烯的特殊结构使它具有好的导电性能、机械性能,大的
比表面积、合成方法简单、原料价格低以及易于修饰等优点,目前已在化学、电子、信息、能源、材料和生物医药等领域得到广泛应用[7,8]。纳米氧化锌是一种宽带
隙半导体,被广泛应用于太阳能电池、场发射显示器、传感器以及变阻器等领域[9～11]。本研究将石墨烯和纳米氧化锌结合起来,制备了GOD/纳米氧化锌/石墨
烯修饰玻碳电极(GCE),利用该电极研究了GOD的直接电化学,并将传感器应用于葡萄糖的灵敏测定。实验结果表明,此方法具有较高的灵敏度和较宽的线性范围,传感
器制备方法简单,重现性好。
2.1 仪器与试剂
CHI660A电化学工作站(上海辰华仪器公司),三电极体系:石墨烯/纳米氧化锌复合
膜修饰玻碳电极为工作电极(d=3 mm),饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,铂丝电极为对电极。pHS-3C型酸度计(上海精科仪器公司);85-2数显恒温磁力搅拌器(金坛市双捷实验仪器厂);KQ2200型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)。
石墨粉、肼(上海试剂厂);葡萄糖氧化酶(上海晶纯试剂有限公司);磷酸盐缓冲溶液(PBS)用0.1 mol/L NaH2PO4和Na2HPO4混合溶液配制,然后用NaOH及
H3PO4调节至所需pH值。其它试剂均为分析纯,所用水均为二次蒸馏水。
2.2 修饰电极的制备
石墨烯的合成参照文献[12]:在冰浴条件下,5 g石墨粉缓慢加到浓H2SO4(87.5 mL)和浓HNO3(45mL)的混合溶液中,然后缓慢加入55 g KClO3到上述混合物中,在室温下搅拌80 h。将混合物过滤得到氧化石墨。在80℃下干燥后,0.5 g氧化石墨在500 mL二次水中进行超声剥离,然后在80℃干燥后即可获得GO。GO在80℃下
于用肼还原。产物过滤后,分别用水和乙醇进行洗涤,真空干燥即可得到石墨烯(Gr),
其扫描电镜图如图1a所示。由图1可见,石墨烯呈透明的片层结构。
将1 mg Gr加入1mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,超声分散30 min直至得到0.1 g/LGr悬浮液。玻碳电极(有效直径3 mm)依次用1.0、0.3和0.05μm Al2O3粉
及麂皮抛光至呈镜面,再依次在水、无水乙醇和水中进行超声清洗,用氮气吹干备用。用微量进样器取8μL Gr悬浮液滴加在玻碳电极表面,室温下放干,制得Gr修饰玻碳电极(Gr/GCE)。配制0.01 mol/L Zn(NO3)2溶液,并用HNO3调至pH 5.0。将
Gr/GCE置于Zn(NO3)2溶液中,在-1.3 V下沉积150 s,用水冲洗干净后晾干,即可得到石墨烯/氧化锌修饰玻碳电极(ZnO/Gr/GCE)。ZnO/Gr/GCE的扫描电镜图如
图1b所示。从图1b可见, ZnO颗粒成功地沉积在Gr上。
3.1 葡萄糖氧化酶在修饰电极上的直接电化学
用循环伏安法考察了不同修饰电极在、0.1 mol/L除氧的PBS缓冲溶液(pH 7.0)中的电化学行为(图2),扫速为50 mV/s,记录在-0.7～-0.1 V范围的循环伏安曲线。
从图2可见,在裸玻碳电极、GOD/GCE和GOD/ZnO/GCE电极上,没有出现GOD 的氧化还原峰。在GOD/Gr/GCE上,有一对很宽且低的氧化还原峰,说明石墨烯可
以促进GOD的电化学过程,这是因为石墨烯具有很好的导电性能,可以有效促进电
子传递。相比上述电极,在GOD/ZnO/Gr/GCE上,出现一对峰形良好、峰电流显著提高的氧化还原峰,势电位为-0.43 V,氧化峰和还原峰的电势差为50 mV,说明该氧
化还原电对为GOD在电极上的直接电子传递过程,是一个近可逆的电化学过程,这是因为ZnO对于GOD具有好的电催化性能。电极表面GOD浓度能通过
I=n2F2υAΓ/4RT进行计算,其中n为电子数,A为电极面积,I为峰电流,T为热力学温度,υ为扫描速率(V/s)。根据上述公式可进行电极表面GOD浓度Γ的计算。GOD在GOD/ZnO/Gr/GCE和GOD/Gr/GCE上的表面浓度分别为7.04×10-
9mol/cm2和5.21×10-9mol/cm2, GOD在GOD/ZnO/Gr/GCE上的表面浓度比在GOD/Gr/GCE上提高了近35.2%,说明纳米氧化锌和Gr的协同作用不仅有效催进了GOD在电极上的电子传递,而且显著提高了GOD在电极上的负载量。
图3为不同修饰电极的阻抗谱图。阻抗谱图可用于研究在电极的组装过程中电荷在电极上传递的变化。在含有0.1 mol/L KCl的5 mmol/L[Fe(CN)6]3-/4-溶液中进行测定阻抗值,频率范围为0.1～104Hz。在GCE上,阻抗值约为460Ω。当Gr 修饰到GCE上后,其阻抗值显著降低,表现为一条直线,说明Gr具有非常好的导电性能。而当纳米ZnO进一步电沉积到电极表面时,阻抗值约提高到180Ω,说明纳米ZnO已被成功电沉积到Gr/GCE表面。当GOD修饰到ZnO/Gr/GCE上时,阻抗值达到最大(765Ω)。因为GOD是一种蛋白质,固定在电极表面时阻碍了探针
[Fe(CN)6]3-/4-与电极的接触,这也说明GOD成功固定在了电极表面。
3.2 扫速和pH值的影响
图4为GOD/ZnO/Gr/GCE在不同扫描速度下的循环伏安曲线。在除氧的0.1 mol/LpH 7.0的PBS溶液中,扫描速度范围为20～300 mV/s,GOD氧化还原峰电流随扫速的增加而增大,与扫速呈良好的线性关系,氧化峰的峰电流ipa与扫速之间的线性方程为ipa=4.447+6.915×10-2v,相关系数R=0.992。还原峰电流与扫速之间的线性方程为 ipc=0.125-5.70×10-2v,相关系数 R=0.998,这些说GOD的电化学过程是一个表面控制过程。通过下列公式计算:
电子转移常数ks为1.42 s-1,电子转移数为2。这些说明ZnO/Gr基底能很好地促
进GOD的电子传递。
在pH 5.0～10.0范围内研究了pH值对GOD在电极上电化学行为的影响。在
pH 5.0～6.0范围内,氧化还原峰电流随着pH值的增加而增大,在pH 6.0～8.0范
围内,氧化还原峰电流基本保持不变,而在pH 8.0～10.0范围内,氧化还原峰电流随
着pH的增大而减小,因此选择pH 7.0为最佳pH值。而当pH＞7.0后,HQ,CT和RS的氧化峰电流随着pH的增大而减小。因此支持电解质的选择pH 7.0。考察了pH值对GOD峰电位的影响。结果表明,氧化峰和还原峰的峰电位与pH值呈良好的线性关系,线性方程的斜率分别为-51.2和-51.6 mV/pH,接近于文献报道可逆反
应的理论值-58.6 mV/pH,结合上述结果,说明GOD在GOD/ZnO/Gr/GCE上是两电子和两质子的电化学过程。
3.3 石墨烯用量及ZnO电沉积时间的影响
对于1 g/LGr溶液,在0～15μL范围内考察了石墨烯用量对GOD氧化峰电流的影响。结果表明,在0～8μL时,峰电流随石墨烯用量增加而增大显著。在8～15μL,峰电流变化不明显。当石墨烯的用量大于15μL时,则会导致峰电流下降。因此选用
15μL石墨烯悬浮液制备传感器。考察了不同ZnO沉积时间对GOD峰电流的影响。沉积时间为0～150 s时,峰电流逐渐增大。继续延长沉积时间,峰电流减小。这可
能是提高沉积时间使ZnO的颗粒过大、过于致密,使电极活性面积下降。因此选择150 s为最佳电沉积时间。
3.4 线性范围及检出限
葡萄糖氧化酶对于葡萄糖的氧化具有高效的催化能力。在恒电位-550 mV条件下,向 PBS (pH 7.0)中连续滴加适量2.5μmol/L葡萄糖时,得到恒定的安培响应。如图5所示,随着葡萄糖累计增加,本底电流发生变化,峰电流迅速减小,在2 s内可达到最小电流的95%,表明电极响应葡萄糖浓度的变化是快速的。图5插图为稳态电流与葡萄糖浓度的校正曲线图,在最佳实验条件下,催化电流与葡萄糖浓度在2.5×10-
6～1.5×10-3mol/L范围内呈线性关系,在总浓度2.5～72.5μmol/L(29个点)范围内,催化电流与浓度线性关系为i(μA)=24.21-0.28C(μmol/L),相关系数为0.996,信噪比S/N= 3时,检出限为2.4×10-7mol/L。将此体系下的传感器与其它已报道传感器对葡萄糖的催化性能进行了对比(表1)。由表1可见,GOD/ZnO/Gr/GCE具有较低的检出限和较好的稳定性,这归于石墨烯与纳米氧化锌对信号的双重放大作用,
及其好的生物兼容性。
表观米氏常数K是酶与底物反应动力学的重要指标,电化学方法测定米氏常数的方
程为:
其中,C为底物浓度,iss为加入底物后测得的稳态电流,imax是加入饱和底物后测得的最大电流。根据米氏方程的倒数形式,以1/iss对1/C作图,可得到一条直线,直线在横轴上的截距为-1/K,据此求得GOD/ZnO/Gr/GCE对葡萄糖催化的米氏常数K
为14.2μmol/L。Km值越大,酶与底物亲和力越小; Km值越小,酶与底物亲和力越大。该体系的K较小,说明GOD在复合膜中有很强的生物活性和催化能力,与葡萄
糖有较强的亲和性。
3.5 传感器的重现性和稳定性
考察了GOD/ZnO/Gr/GCE传感器的稳定性。通过将GOD/ZnO/Gr/GCE置于
0.1 mmol/L葡萄糖溶液中进行循环伏安扫描,比较氧化峰电流,考察传感器的稳定性。在开始的前40圈,氧化峰电流逐渐增加,并在第40圈时达到最大,这时电流值
比最初电流增加了约5%。当继续进行扫描时,电流逐渐减小,在第200圈时电流值
为最初的103.6%,这说明固定在复合膜上的GOD很难从电极表面脱附下来,传感
器具有很好的稳定性和可重复性。用同样的方法分别制备了5根
GOD/ZnO/Gr/GCE,测定同一份0.1 mmol/L葡萄糖溶液,电流值的RSD为3.2%,
这表明传感器的制备方法具有较好的重现性。
考察了GOD/ZnO/Gr/GCE的使用寿命。将该电极保存在二次蒸馏水中,并置于4℃
下。用该电极每3 d测定0.1 mmol/L葡萄糖溶液1次,15,30和50 d后氧化峰电流分别下降到92.3%,87.4%和85.2%,表明修饰电极具有良好的稳定性和较长的使用寿命。
3.6 干扰实验
酶一般具有很高的催化选择性,在大量的碳水化合物存在下,葡萄糖氧化酶同样对葡萄糖的氧化具有很好的催化选择性。酶传感器的干扰主要来源于电极表面残留的一些电活性物质。在选定的实验条件下,葡萄糖的浓度为2.0μmol/L;1000倍的
Na+,Ca2+,Mg2+,K+,Al3+,Mn2+,Cl-,Br-,I-; 500倍的Zn2+,Fe2+,Fe3+,Cd2+和2倍的抗坏血酸、半胱氨酸、尿酸、多巴胺、蔗糖、蔗糖、果糖和木糖几乎不干扰葡萄糖的测定(氧化峰电流改变＜5%)。这说明GOD/ZnO/Gr/GCE具有很好的选择性。
3.7 样品分析
为了验证方法的实际应用性能,将GOD/ZnO/Gr/GCE应用于人血清中葡萄糖的测定,结果见表2。为了验证结果的准确性,利用血糖分析仪(SBA-40)对同样的血清样品进行了分析,从表2可见,两种方法的测定结果很接近,说明所构建的传感器可用于实际样品分析。
将石墨烯和ZnO复合膜修饰玻碳电极制成电化学传感器用于葡萄糖的灵敏测定。此修饰电极具有良好的导电性能、催化性能、稳定性和重现性,这归于石墨烯和ZnO大的比表面积、好的导电性能和生物兼容性能,能很好地保持葡萄糖氧化酶的生物活性。本方法具有高的灵敏度和宽的线性范围,可用于实际样品的分析测定。
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文献综述 葡萄糖生物传感器的进展过程及研究成果 摘要：总结了葡萄糖生物传感器研究的发展过程；阐述了第一代经典葡萄糖酶电极、第二代传递介体传感器及第三代直接传感器的原理和特性，并介绍了其它类型的葡萄糖传感器技术及产品，部分产品在医学上的应用。最后，总结和展望了葡萄糖生物传感器研究及应用的发展趋势。 关键词：葡萄糖；生物传感器；医学领域；进展 引言：葡萄糖传感器是生物传感器领域研究最多、商品化最早的生物传感器。葡萄糖生物传感器的发展基于两个方面的技术基础：第一，葡萄糖是动物和植物体内碳水化合物的主要组成部分，葡萄糖的定量测定在生物化学、临床化学和食品分析中都占有很重要的位置，其分析方法的研究一直引起人们的关注。特别是临床检验中对血糖分析技术的需求，促进了葡萄糖酶分析方法建立；第二，1954年，Clark建立了氧电极分析方法。1956年又对极谱式氧电极进行了重大改进，使使活体组织氧分压的无损测量成为可能，并首次提出了氧电极与酶的电化学反应理论。根据Clark电极理论，自20世纪60年代开始，各国科学家纷纷开始葡萄糖传感器的研究。经过近半个世纪的努力，葡萄糖传感器的研究和应用已有了很大的发展，在食品分析、发酵控制、临床检验等方面发挥着重要的作用[1]。 1 经典葡萄糖酶电极 1962年，Clark和Lyon发表了第一篇关于酶电极的论文[2]。1967年Updik和Hicks首次研制出以铂电极为基体的葡萄糖氧化酶（GOD）电极。用于定量检测血清中的葡萄糖含量[3]。这标志着第一代生物传感器的诞生。 该方法中葡萄糖氧化酶固定在透析膜和氧穿透膜中间，形成一个“三明治”的结构，
再将此结构附着在铂电极的表面。在施加一定电位的条件下，通过检测氧气的减少量来确定葡萄糖的含量。由于大气中氧气分压的变化，会导致溶液中溶解氧浓度的变化，从而影响测定的准确性[4]。 为了避免氧干扰，1970年，Clark对其设计的装置进行改进后，可以较准确地测定 H 2O 2 的产生量，从而间接测定葡萄糖的含量[5]。此后，许多研究者采用过氧化氢电极作 为基础电极，其优点是，葡萄糖浓度与产生的H 2O 2 有当量关系，不受血液中氧浓度变化 的影响。 早期的H 2O 2 电极属于开放型，即铂电极直接与样品溶液接触，干扰比较大。现在的 商品化都是隔膜型（Clark）型，即通过一层选择性气透膜（聚乙烯膜获tefion膜）将电极与外溶液隔开。这样在用于生物样品测定时，可以阻止抗坏血酸、谷胱甘肽、尿素等许多还原性物质的干扰。同时，葡萄糖氧化酶的固定化技术也逐步发展和完善，这些研究包括聚乙烯碳酸酯膜和多孔膜包埋法、重氮化法、牛血清蛋白（BSA）-多聚甲醛膜法、牛血清白蛋白-戊二醛交联法等。1972年，Guilbault在铂电极上覆盖一层掺有葡萄糖氧化酶的选择性膜，保存10个月后相应电极上响应的稳定电流只减少了0.1%，从而制得具有较高稳定性和测量准确性的葡萄糖生物传感器[6]。这一技术被美国Yellow Spring Instrument(YSI)公司采用，于1975年首次研制出全球第一个商业用途的葡萄糖传感器。 目前，葡萄糖酶电极测定仪已经有各种型号商品，并在许多国家普遍应用。我国第一台葡萄糖生物传感器于1986年研制成功，商品化产品主要有SBA葡萄糖生物传感器[7]。该传感器选用固定化葡萄糖氧化酶与过氧化氢电极构成酶电极葡萄糖生物传感分析仪，每次进样两25uL，进样后20s可测出样品中葡萄糖含量，在10～1000mg/L范围内具良好的线性关系，连续测定20次的变异系数小于2%。 2 介体葡萄糖酶电极 在葡萄糖氧化酶电极中引入化学介体（chemical mediator）取代O 2/H 2 O 2 ，作用是把 葡萄糖氧化酶氧化，使之再生后循环使用，而电子传递介体本身被还原，又在电极上被 氧化。利用电子传递介体后，既不涉及O 2，也不涉及H 2 O 2 ，而是利用具有较低氧化电位的 传递介体在电极上产生的氧化电流，在测定葡萄糖时，可以避免其他电活性物质的干扰，提高了测定的灵敏度和准确性。 Cass等[8]将ＧＯＤ固定在石墨电极（graphite electrode）上，以水不溶性二茂铁
电化学血糖传感器原理及发展 前言 葡萄糖是一种在全世界范围内被分析测试最频繁的物质之一。电化学法血糖检测系统已经成功开发了3O余年，目前全世界每年约消耗60亿片电化学血糖测试试纸，是糖尿病人实施血糖自我检测、有效控制病情的重要手段。血糖试纸实质是在一些塑料基片上印刷了导电碳墨和银墨后再复合印刷含酶涂层的生物电化学酶传感器。我国现有糖尿病人4000万，每年还以1．5％的速度在增加，对葡萄糖分析检测的研究也曰渐增多，因此，近年来有关葡萄糖氧化酶电极的研究论文每年都有上千篇，国内也有上百家研究单位、lO多家企业在从事血糖仪和血糖试纸的研发和生产。 1 电化学葡萄糖传感器的研究基础 电化学酶法测定葡萄糖可追溯到上世纪的30年代末，当时通过测定铂金电极上过氧化氢的氧化分解而产生的电流变化测算出溶液中因氧的消耗导致的氧分压下降值，进而测得葡萄糖的浓度。其反应过程如下： 葡萄糖+FAD–葡萄糖氧化酶→葡萄糖酸内酯+FADH2–葡萄糖氧化酶① FADH2–葡萄糖氧化酶+02→FAD–葡萄糖氧化酶+H2O2 ② H202→2H++O2+2e- ③
25年后，美国的Updike和Hicks成功简化了葡萄糖的电化学测定方法，他们将葡萄糖氧化酶固定在某种胶体基质中实现了酶的固定和稳定化，使葡萄糖氧化酶催化剂可以被反复使用。此后他们将固定后的葡萄糖氧化酶制成膜片同Clark极谱式氧电极结合，制成了世界上第一个酶电极。 2 导电介质葡萄糖酶传感器的发展 随着葡萄糖电化学分析系统的成功商业化，1970年Williams等试图采用分子导电介质取代氧分子进行氧化还原电子传递的尝试。他们使用铁氰化钾－亚铁氰化钾导电介质系统成功实施了血液葡萄糖的电化学测定，同时还用同一电化学系统测定了血乳酸。 尽管日后这一开创性的电化学测试原理被广泛使用在公司血糖仪的开发和生产实践中，但遗憾的是当时并未被直接应用于家用血糖仪测试系统的商业化开发。 世界上第一个便携式家用电化学血糖测试系统是1987年由美国Medisense公司推出的ExacTech，该系统采用二茂铁及其衍生物作为氧化还原导电介质，通过丝网印刷导电碳墨在PVC塑料基片上，制成外观尺寸如同pH试纸大小的血糖试纸，可以大规模制作生产。 3 血糖测试电化学试纸的产业化开发 由于潜力巨大的全球糖尿病测试消耗品市场的增长，糖尿病人每天测试血糖的实际需要，实施商品化血糖试纸的开发设计和生产有着极大的商业价值。任何生产厂家或者技术开发商为了提高产品质量，
葡萄糖氧化酶在石墨烯-纳米氧化锌修饰玻碳电极上的直接电 化学及对葡萄糖的生物传感 陈慧娟;朱建君;余萌 【摘要】Graphene was coated on glassy carbon electrode and ZnO was then electrodeposited on the modified electrode.The biosensor was fabricated for sensitive determination of glucose after glucose oxidase was immobilized on the modified electrode.Scanning electron microscope was used to characterize the nano-composite film.The electrochemical behaviors of glucose oxidase on the modified electrode were investigated in the range of-0.7 V to-0.1 V by cyclic voltammetry.The experimental results demonstrated that the nanocomposite well retained the activity of glucose oxidase and the biosensor exhibited excellent electrocatalytic activity toward the redox of glucose.In 0.1 mol/L PBS (pH 7.0),the glucose oxidase adsorbed onto the graphene/ZnO composite film exhibits a pair of well-defined nearly reversible redox peaks and fine catalysis to the oxidation of glucose.The electron transfer rate constant (ks) of glucose oxidase at the modified electrode was 1.42 s-1,and Michaelis-Menten constant (Kampp) was 14.2 μmol/L.A good linear relationship was obtained in the range of 2.5 × 10-6-1.5 × 10-3 mol/L,with the limits of detection of 2.4 × 10-7 mol/L (S/N =3).The biosensor has good conductivity,stability and repeatability,and it can be used to analyze real samples.%采用滴涂法和电沉积法制备了石墨烯/纳米氧化锌复合膜修饰玻碳电极,再将葡萄糖氧化酶固定在修饰电极表面制成了电化学生物传感器,用于葡萄糖的灵敏测定.用循环伏安法在-
葡萄糖氧化酶检测的金标准 引言 葡萄糖氧化酶是一种重要的酶，在临床诊断和生物化学研究中具有广泛的应用价值。本文将详细探讨葡萄糖氧化酶检测的金标准，包括其定义、检测方法、应用领域和意义等方面的内容。 什么是葡萄糖氧化酶 葡萄糖氧化酶是一种催化葡萄糖氧化成葡萄糖酸的酶，它是细胞内氧化磷酸化过程中不可缺少的催化剂。它能将葡萄糖与辅酶NAD+反应，产生葡萄糖酸和还原型辅 酶NADH。葡萄糖氧化酶可以通过可以通过测定还原型辅酶NADH的生成速率来测定 葡萄糖的含量。 葡萄糖氧化酶检测的方法 葡萄糖氧化酶检测的方法有很多种，常用的方法包括光度法、荧光法和电化学法等。这些方法基于葡萄糖氧化酶催化反应生成的还原型辅酶NADH的特性，通过测定还 原型辅酶NADH的光学或电化学特性来间接测定葡萄糖的含量。 光度法 光度法是一种常用的葡萄糖氧化酶检测方法。它利用葡萄糖氧化酶催化反应生成的还原型辅酶NADH的吸光度变化来测定葡萄糖的含量。通常使用紫外光谱法或可见 光谱法来测定还原型辅酶NADH的吸光度，然后通过与已知浓度的标准葡萄糖溶液 比较来计算未知样品中葡萄糖的含量。 荧光法 荧光法是另一种常用的葡萄糖氧化酶检测方法。它利用葡萄糖氧化酶催化反应生成的还原型辅酶NADH的荧光特性来测定葡萄糖的含量。通过测定还原型辅酶NADH所发射的荧光强度或荧光寿命来计算葡萄糖的含量。荧光法具有高灵敏度和高选择性的优点，常用于生物医学研究和药物检测等领域。
电化学法 电化学法是葡萄糖氧化酶检测的另一种常用方法。它利用葡萄糖氧化酶催化反应生成的还原型辅酶NADH的电化学特性来测定葡萄糖的含量。通过将还原型辅酶NADH 在电极上氧化还原的电流变化来计算葡萄糖的含量。电化学法具有高灵敏度和高选择性的优点，常用于生物传感器和医学诊断等领域。 葡萄糖氧化酶检测的应用领域 葡萄糖氧化酶检测在临床诊断和生物化学研究中具有广泛的应用。它可以用于血糖监测、糖尿病诊断、食品安全检测和生物传感器等领域。 血糖监测 葡萄糖氧化酶检测在血糖监测中起到了关键作用。通过测定血液中的葡萄糖含量，可以及时监测糖尿病患者的血糖水平，以指导他们的治疗方案。 糖尿病诊断 葡萄糖氧化酶检测也可以用于糖尿病的早期诊断。糖尿病是一种代谢性疾病，血液中的葡萄糖含量异常高。通过测定空腹血液中的葡萄糖含量，可以帮助医生及早发现糖尿病患者，以便及时治疗和控制疾病的发展。 食品安全检测 葡萄糖氧化酶检测可以用于食品安全检测。食品中的糖含量是判断食品是否含糖的重要指标之一。通过测定食品样品中的葡萄糖含量，可以检测食品是否掺假或含糖量是否符合标准，从而保障食品安全。 生物传感器 葡萄糖氧化酶检测还可以应用于生物传感器的制备。生物传感器是一种将生物分子与传感器技术相结合的检测装置，可以用于测定生物样品中的葡萄糖含量。通过测定葡萄糖氧化酶催化反应生成的还原型辅酶NADH的光学或电化学特性来实现对葡萄糖的检测。
基于石墨烯构建新型生物传感器的研 究共3篇 基于石墨烯构建新型生物传感器的研究1 随着生物科技的不断进步，生物传感器成为一个热门的研究领域，其在生命科学、医学、环境保护等方面得到广泛应用。石墨烯作为一种以碳为主要原材料的材料，在制备传感器方面具有很大的优势。本文将探讨基于石墨烯构建新型生物传感器的研究。 生物传感器是一种将生物反应转化为电信号的装置，其作用是侦测生物体系中特定的生物分子或化学物质。传统生物传感器使用的是金属电极或电化学电极，这些电极是由陶瓷、玻璃或金属等材料制成。然而，这些材料存在许多局限性，例如容易污染、低灵敏度和短寿命等。石墨烯作为一种新兴的材料，具有很多优越性能，因此被广泛应用于生物传感器中。 石墨烯是一种二维单层碳材料，其独特的结构使其具有高表面积和导电性能，使其成为一种理想的传感器材料。石墨烯可用于制造各种类型的传感器，例如生物传感器、化学传感器和气体传感器等。在这些传感器中，生物传感器是最常用的一种，因为它们可用于侦测生物分子和相关蛋白质，例如蛋白质、酶、DNA和RNA等生命分子。 在基于石墨烯构建生物传感器时，需要注意的是石墨烯的高表面积和导电性会影响传感器的性能。因此，需要对石墨烯进行
适当的改性，以提高传感器的灵敏度和选择性。常用的改性方法包括化学修饰、生物传感和共价修饰等。这些改性方法可以通过提高石墨烯与靶分子之间的相互作用来提高传感器的性能。 在石墨烯生物传感器中，还有一种非常重要的传感器类型是基于功能化石墨烯构建的荧光传感器。荧光传感器通常是由可变色荧光染料和石墨烯材料组成，其中荧光染料的荧光特性会因物质的存在而改变，从而实现对靶分子的检测。这些荧光分子的振荡频率通常与分子的结构和性质相关联，因此可以被用于侦测化学和生物分子。利用这种方法，已经开发出了许多用于病毒和癌细胞等的高度选择性荧光传感器。 除了基于荧光传感器，还有其他一些基于石墨烯构建的生物传感器，例如电化学生物传感器和光学传感器等。电化学生物传感器通过测量在电极表面产生的电流或电压来测量生物分子的存在。而光学传感器则通过利用石墨烯薄膜的透明性来侦测生物分子的存在。 总之，石墨烯作为一种新兴的材料，在生物传感器领域中具有巨大的潜力。虽然还需要进一步研究和发展，但是它已成为生物传感器领域的一种有前途的材料。随着对石墨烯和生物传感器的研究不断深入，我们有理由相信，在不久的将来石墨烯生物传感器将会得到更广泛的应用 综上所述，石墨烯在生物传感器领域表现出了非常优异的潜力。其高度的导电性、化学稳定性和生物相容性为石墨烯在生物传感器中的应用提供了坚实的基础。各种基于石墨烯构建的生物
1. 简述血糖测量的光学生物传感器和电化学生物传感器的基本结构和原理 目前的葡萄糖生物传感器大多为电化学型，因为其灵敏度高、重现性好、易于维护、成本低。电化学传感器可以细分为电位型、安培型或电导型。酶促安培葡萄糖生物传感器是最常见的商业设备，并在过去的几十年已被广泛研究。安培传感器监测生物系统和电极之间直接或间接交换电子时产生的电流。 通常，葡萄糖的测量是基于与三种酶之一的相互作用:己糖激酶、葡萄糖氧化酶(GOx)或葡萄糖-1-脱氢酶(GDH)。己糖激酶测定法是许多临床实验室用分光光度法测定葡萄糖的参考方法。SMBG（自我监测血糖）的葡萄糖生物传感器通常基于两个酶家族，GOx和GDH。这些酶在氧化还原电位、辅助因子、周转率和对葡萄糖的选择性方面存在差异。GOx是生物传感器的标准酶;它对葡萄糖有较高的选择性。GOx易于获得，价格低廉，与许多其他酶相比，它可以承受更大的pH值、离子强度和温度极端值，因此在生产过程中不需要那么严格的条件，存储规范也相对宽松，可供普通生物传感器用户使用。 葡萄糖生物传感器的基本概念是基于固定化的GOx催化β-D-葡萄糖分子氧化生成葡萄糖酸和过氧化氢。GOx需要一种氧化还原辅助因子黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)。FAD作为初始电子受体，被还原为FADH2。 辅助因子通过与氧反应再生，导致过氧化氢的形成。 过氧化氢在典型的铂(Pt)催化阳极上被氧化。这种电极很容易识别电子转移的数量，与血液中葡萄糖分子的数量成正比。 葡萄糖的电化学传感一般采用三种策略;测量耗氧量，测量酶反应产生的过氧化氢量，或者通过使用扩散的或固定的介质将电子从GOx转移到电极。近年来，基于GDH的安培型生物传感器的数量和类型不断增加。GDH的酶促反应不依赖于溶解氧,使用PQQ作为辅助因子。Glucose + PQQ(ox) → gluconolactone + PQQ(red) 这种机制既不需要氧气也不需要NAD。GDH-PQQ是一种特别高效的酶系统，具有快速的电子转移速率，但它相对昂贵。 GDH以NAD作为辅助因子产生NADH而不是H2O2。NAD是葡萄糖氧化过程中的主要电子受体，在此过程中NAD的烟酰胺环接受一个氢离子和两个电子，相当于一个氢化物离子。这种载体在这个反应中生成的还原形式被称为NADH，它可以被电化学氧化。 2. 化学发光免疫生物传感器检测癌胚抗原CEA的原理及方法 电化学（EC）生物传感器可以识别电极上的特定生物分子，并通过电子转导将生物分子的存在转化为可测量的信号。它需要一个主要依靠酶促反应的电子流，该反应可以在电极表面产生或消耗电子。EC传感器曾被认为是历史上最先产生的生物传感器。最近开发的单分子电化学（SM-EC）分析方法，该方法具有能力或潜力一次实现一个分子的生物分子分析物的高灵敏度，选择性和快速检测，同时还与各种疾病的临床诊断有关。SM-EC生物传感器可根据电化学发光检测癌胚抗原（CEA）（图2A–B）由夹心型免疫复合物组成，该复合物通过使用加有双稳定剂的CdSe纳米晶体作为电化学发光发射体，能够检测20μL血清样品中低至6-8个分子的癌胚抗原。 3. 简述基因芯片的基本原理，并例举一个应用案例 基因芯片又称为DNA微阵列(DNA microarray)，可分为三种主要类型: 1)固定在聚合物基片(尼龙膜，硝酸纤维膜等）表面上的核酸探针或cDNA片段，通常用同位素标记的靶基因与其杂交，通过放射显影技术进行检测。这种方法的优点是所需检测设备与目前分子生物学所用的放射显影技术相一致相对比较成熟。但芯片上探针密度不高，样品和试剂的需求星大，定量检测存在较多问题。 2)用点样法固定在玻璃板上的DNA探针阵列，通过与荧光标记的靶基因杂交进行检测。这种方法点阵密度可有较大的提高，各个探针在表面上的结合量也比较一致，但在标准化和批
电化学非酶葡萄糖传感器的研究 电化学非酶葡萄糖传感器是一种能够测量葡萄糖浓度的传感器，它通过电化学方法实现葡萄糖的检测。与传统的酶法葡萄糖传感器相比，电化学非酶葡萄糖传感器具有检测快速、灵敏度高、稳定性好等优点，并且不受酶的失活和环境条件的影响。 电化学非酶葡萄糖传感器的研究旨在开发一种可靠、准确、经济的葡萄糖检测方法，以满足医疗、食品、生物化学等领域对葡萄糖测量的需求。该传感器通常由电极、膜层和测量装置三部分组成。 电极是电化学非酶葡萄糖传感器的核心部分，它能够将葡萄糖浓度转化为电信号。常用的电极材料包括金、银、铂等，这些材料具有良好的导电性和电化学活性，能够有效地催化葡萄糖的氧化反应。电极表面通常会修饰一层薄膜，用于增强葡萄糖的检测信号。常见的薄膜材料有聚合物、纳米材料等。 膜层是电化学非酶葡萄糖传感器的关键组成部分，它能够选择性地过滤掉其他物质的干扰，以保证葡萄糖测量的准确性。膜层通常由特定的材料制成，能够选择性地吸附葡萄糖分子并阻止其他物质的进入。常见的膜层材料有聚合物、纳米材料等。膜层的设计和制备对电化学非酶葡萄糖传感器的性能起着重要的影响。 测量装置是电化学非酶葡萄糖传感器的另一个重要组成部分，它能够将电信号转化为可读的测量结果。测量装置通常由电流计、电位
计等仪器组成，能够测量电极上的电流和电位变化。通过测量这些信号的变化，可以计算出葡萄糖的浓度。 电化学非酶葡萄糖传感器的研究主要包括传感器的设计与制备、电极材料的选择与修饰、膜层的设计与制备、测量装置的选择与优化等方面。研究者们通过不断改进传感器的结构和性能，提高葡萄糖的检测灵敏度和准确性，以满足不同领域对葡萄糖测量的需求。 电化学非酶葡萄糖传感器已广泛应用于医疗诊断、食品安全、生物化学研究等领域。在医疗诊断中，电化学非酶葡萄糖传感器可以用于血糖监测，帮助糖尿病患者控制血糖水平。在食品安全领域，电化学非酶葡萄糖传感器可以用于检测食品中的葡萄糖含量，保障食品质量和安全。在生物化学研究中，电化学非酶葡萄糖传感器可以用于检测生物体内的葡萄糖浓度，研究葡萄糖在生物过程中的作用机制。 电化学非酶葡萄糖传感器是一种具有广泛应用前景的传感器，它能够快速、准确地测量葡萄糖浓度。随着研究的不断深入，电化学非酶葡萄糖传感器的性能将得到进一步提高，为医疗、食品、生物化学等领域的应用提供更好的支持。
葡萄糖传感器的电极材料 葡萄糖传感器是一种用于测量葡萄糖浓度的装置，广泛应用于医学、食品和环境监测等领域。其中，电极材料是葡萄糖传感器中至关重要的组成部分。本文将介绍葡萄糖传感器的电极材料及其特点。 1. 纳米材料 纳米材料是葡萄糖传感器中常用的电极材料之一。纳米材料具有较大的比表面积和优异的电化学性能，能够提高传感器的灵敏度和稳定性。常见的纳米材料包括金纳米颗粒、银纳米颗粒和二维纳米材料等。 金纳米颗粒具有良好的电化学活性和生物相容性，可用于制备高灵敏度的葡萄糖传感器。银纳米颗粒也具有较好的电化学性能，并具有抗菌作用，可用于制备具有抗菌功能的葡萄糖传感器。二维纳米材料如石墨烯、二硫化钼等具有出色的导电性和生物相容性，能够提高传感器的灵敏度和选择性。 2. 金属材料 金属材料是传统葡萄糖传感器中常用的电极材料之一。常见的金属材料包括铂、银和金等。这些金属具有良好的电导率和稳定性，能够有效地催化葡萄糖的氧化反应。铂是最常用的金属材料之一，具有较高的电化学活性和稳定性，能够提高传感器的灵敏度和选择性。
3. 生物材料 生物材料是葡萄糖传感器中独特的电极材料。这些材料通常是通过将生物分子固定在电极表面来实现对葡萄糖的检测。例如，将葡萄糖氧化酶固定在电极表面，通过测量氧化酶催化葡萄糖氧化产生的电流来测量葡萄糖浓度。这种生物材料具有高度的选择性和灵敏度，常用于医学领域的葡萄糖监测。 4. 碳材料 碳材料是一类新型的电极材料，具有优异的电化学性能和生物相容性。常用的碳材料包括碳纳米管、石墨烯和碳纳米球等。碳纳米管具有良好的导电性和机械强度，能够提高传感器的灵敏度和稳定性。石墨烯是一种具有单原子厚度的二维材料，具有出色的电导率和生物相容性，可用于制备高灵敏度的葡萄糖传感器。碳纳米球具有较大的比表面积和优异的电化学性能，能够增强传感器的灵敏度和稳定性。 葡萄糖传感器的电极材料是实现葡萄糖检测的关键因素之一。不同的电极材料具有不同的特点和适用范围，可以根据具体需求选择合适的电极材料。随着纳米技术和生物技术的不断发展，新型的电极材料不断涌现，为葡萄糖传感器的性能提升和应用拓展提供了广阔的空间。
电化学生物传感器的设计与应用电化学生物传感器是一种集生物学与电化学于一体的高灵敏、高选择性的传感器，能够通过监测和测量生物分子、细胞或生物过程中的电化学信号来实现对生物样品的检测与分析。本文将介绍电化学生物传感器的设计原理、构建方法以及在不同领域的应用。 一、电化学生物传感器的设计原理 电化学生物传感器的设计原理基于电化学反应，利用生物分子与电极界面上的电化学反应相互作用，产生或改变电流、电压等电化学信号，并将其转化为可测量的信号输出。电化学生物传感器的设计原理可以分为两种常见的工作模式：酶促反应和抗体-抗原相互作用。 1. 酶促反应 酶促反应是电化学生物传感器中常用的工作模式之一。这种设计基于酶的催化作用，在电极表面上固定酶分子，使其与底物反应产生电化学信号，进而实现对底物的检测与测量。例如，葡萄糖传感器利用葡萄糖氧化酶催化葡萄糖生成过氧化氢，在电极上产生电流，并通过测量电流的变化来确定葡萄糖的浓度。 2. 抗体-抗原相互作用 抗体-抗原相互作用是电化学生物传感器中另一种常见的工作模式。这种设计基于抗体与抗原之间的特异性结合反应，通过固定抗体或抗原分子在电极表面，使其与待测物相互作用，产生电化学信号，从而实现对待测物的检测与测量。例如，免疫传感器利用固定在电极上的
抗原与待测物的抗体结合，通过测量电流或电压的变化来判断待测物 的存在与浓度。 二、电化学生物传感器的构建方法 电化学生物传感器的构建需要选择合适的电极材料、修饰方法以及 信号转换技术。常见的构建方法包括电极表面修饰、酶或抗体的固定 和信号检测等步骤。 1. 电极表面修饰 电极表面修饰是电化学生物传感器构建中的重要步骤，可以提供更 大的表面积和更好的生物兼容性，从而增强传感器的灵敏度和选择性。常用的电极材料有玻碳电极、金电极和导电高分子材料等。表面修饰 方法包括电化学沉积、溶剂挥发和层层自组装等。 2. 生物分子的固定 为了实现生物分子与电极的结合，常用的固定方法包括物理吸附、 共价键结合和封装固定等。生物分子可以是酶、抗体、DNA等，其固 定在电极表面后，能够与待测物相互作用，产生特定的电化学信号。 3. 信号检测 电化学生物传感器的信号检测可以通过测量电流、电压或阻抗的变 化来实现。常用的信号检测技术包括循环伏安法、安培法、阻抗谱法等。这些技术能够将生物分子的相互作用转化为可测量的电化学信号，并通过数据处理得到最终的测量结果。
无酶葡萄糖传感器工作原理 概述 随着糖尿病患者数量的不断增加，葡萄糖传感器的研究越来越受到关注。传统的葡萄 糖传感器主要是基于酶促反应的方法，但是酶促反应方法存在使用寿命短、易受交叉反应 等问题。无酶葡萄糖传感器的研究变得越来越受到关注。无酶葡萄糖传感器主要是基于材 料的传感器，可以解决酶传感器的使用寿命短、易受干扰等问题。无酶葡萄糖传感器主要 使用的是葡萄糖氧化物和电极材料。 原理 无酶葡萄糖传感器的工作原理主要是基于两个方面：葡萄糖的氧化反应和电极的催化 反应。 第一个方面是葡萄糖的氧化反应。在传统的酶传感器中，酶被用于加速葡萄糖的氧化 反应。无酶传感器则不需要酶，而是使用一种被称为葡萄糖氧化物的物质，其可以将葡萄 糖氧化成氢离子和电子。葡萄糖氧化物的化学反应如下: C6H12O6 + 2H2O + O2 → 6H+ + 6e- + CO2 第二个方面是电极的催化反应。电极催化反应也被称为电催化反应，其是指在电极表 面进行的催化反应。最常用的电极材料是白金（Pt），其是一种优秀的电极催化剂。在无 酶葡萄糖传感器中，电子和氢离子在电极上催化反应，得到电流。电催化反应的化学反应 如下: 2H+ + 2e- → H2 基于这两个方面，无酶葡萄糖传感器的工作原理如下：葡萄糖氧化物被放置在电极表面。当葡萄糖进入传感器时，氧化反应开始发生，产生的电子被传递到电极表面。在电极 表面，电子和氢离子反应，产生的电流反映了葡萄糖浓度的变化。 优点 1. 使用寿命长：酶在高温下或长时间使用后容易失活，从而影响传感器的使用寿命。无酶葡萄糖传感器则没有酶，不易失活，因此使用寿命更长。 2. 抗干扰性强：酶传感器易受干扰因素的影响，导致准确度降低。无酶葡萄糖传感 器使用材料作为传感器，因此抗干扰性更强，准确度更高。 3. 同时检测多种物质：无酶传感器可以通过更换不同的电极材料来检测多种物质， 而酶传感器则只能检测一种物质。
葡萄糖氧化酶电极法 葡萄糖氧化酶电极法是一种基于葡萄糖氧化酶与葡萄糖之间的 反应来检测葡萄糖浓度的电化学方法。该方法具有灵敏度高、选择 性好、响应速度快等优点，因此在临床诊断、食品工业、生物传感 器等领域得到了广泛应用。 一、葡萄糖氧化酶电极法的基本原理 葡萄糖氧化酶电极法的基本原理是利用葡萄糖氧化酶（Glucose Oxidase，GOD）催化葡萄糖氧化产生过氧化氢（H2O2）的反应， 然后通过电极检测过氧化氢的生成量，从而间接测定葡萄糖的浓度。葡萄糖氧化酶是一种专一性很强的酶，只能催化葡萄糖的氧化反应，因此该方法具有很高的选择性。 二、葡萄糖氧化酶电极法的实现过程 葡萄糖氧化酶电极法通常采用三电极体系，包括工作电极、参 比电极和对电极。工作电极上固定有葡萄糖氧化酶，当葡萄糖进入 电极附近的溶液时，葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化生成葡萄糖酸和 过氧化氢。过氧化氢在电极表面发生氧化还原反应，产生电流信号，该信号与葡萄糖浓度成正比。通过测量电流信号的大小，即可推算 出葡萄糖的浓度。 三、葡萄糖氧化酶电极法的优点 1.灵敏度高：葡萄糖氧化酶电极法可以检测到很低浓度 的葡萄糖，适用于临床诊断和食品工业等领域。
2.选择性好：由于葡萄糖氧化酶具有很高的专一性，因 此该方法在复杂样品中也能准确测定葡萄糖的浓度。 3.响应速度快：葡萄糖氧化酶电极法的反应速度较快， 可以在短时间内完成葡萄糖的测定。 4.操作简便：葡萄糖氧化酶电极法不需要复杂的样品处 理和分离步骤，操作简便，易于实现自动化。 四、葡萄糖氧化酶电极法的应用 1.临床诊断：葡萄糖氧化酶电极法广泛应用于血糖监测， 可以实时监测患者的血糖水平，为糖尿病的诊断和治疗提供重 要依据。 2.食品工业：葡萄糖氧化酶电极法可用于食品中葡萄糖 含量的快速测定，如饮料、果汁、糖果等。 3.生物传感器：葡萄糖氧化酶电极法还可以用于构建葡 萄糖生物传感器，实现对葡萄糖浓度的实时监测和远程控制。 五、葡萄糖氧化酶电极法的发展趋势 随着纳米技术、生物技术和电化学技术的不断发展，葡萄糖氧 化酶电极法也在不断改进和优化。例如，利用纳米材料提高葡萄糖 氧化酶的固定量和活性，可以提高电极的灵敏度和稳定性；通过引 入新型电化学传感器和信号放大技术，可以进一步提高葡萄糖氧化 酶电极法的检测性能和适用范围。 总之，葡萄糖氧化酶电极法作为一种高效、灵敏、选择性好的 葡萄糖检测方法，在临床诊断、食品工业、生物传感器等领域具有
葡萄糖氧化酶在修饰玻碳电极上的直接电化学 耿方勇;李迪;张钰帅;杨晓璐;肖宝林;洪军 【摘要】Direct electrochemistry of glucose oxidase was realized when it was immobilized on a nano-complex modified glassy carbon electrode, and the nano-complex was composed of graphene and multi-walled carbon nanotubes. The outermost layer covered with chitosan. Using cyclic voltammetry ( CV ) to measure electrochemical and electro-catalyzed reaction of glucose oxidase that modified electrode, the electron transfer rate constant (ks) was evaluated to be 0. 87 s-1, and electroactive surface density was 1. 54í10-10 mol/cm-2. The apparent Michaelis-Menten constant (Kappm ) was 1. 32í103 μmol/L, linear detection range was 40 ~1000 μmol/L, and the modified electrode had better stability, and modified electrode had good anti-interference ability when detected the substrate. Therefore, the modified electrode can be used to detect glucose, as the third generation biosensors.%将葡萄糖氧化酶( Glucose oxidase, GOD)固定在由多壁碳纳米管( MWCNTS)和石墨烯( Graphene)构成的纳米复合材料修饰的玻碳电极上,最外层用壳聚糖( Chitosan)进行覆盖,利用循环伏安法( Cyclic Voltammetry, CV)来测量葡萄糖氧化酶在修饰电极上的电化学和电催化反应,测得电子传递速率常数ks 为0.87 s-1,电活性物质表面密度Г为1.54×10-10 mol/cm-2,动力学表观米氏常数Km 为1.32×103μmol/L,线性检测范围为： 40~1000μmol/L,修饰电极有较好的稳定性,而且修饰电极在检测底物时有较好的抗干扰能力,因此,该体系修饰的电极有希望构建第三代葡萄糖生物传感器。
酶电极中酶固定化方法的研究进展 酶修饰电极是最常用更是最早开发出来的生物传感器，而酶电极法也深受有机分析、生化分析和药物分析工作者青睐，而酶固定化作为酶电极的核心技术也一直以来受到科研人员的关注。据此，主要对酶电极中酶固定化技术这一领域近年来的研究成果进行综述。 标签：酶修饰电极；固定化酶；研究进展 1 绪论 酶电极是将游离的活性酶固定在基体电极的表面，通过相应的酶促反应来对待测物的浓度进行测量，而且按照基体电极所得的不同信号可将酶电极区分为电流型和电位型两种类别。世界上第一个酶电极的诞生需要追溯到1956年Clark 提出把酶与电极结合在一起的猜想，并在1962年证实了葡萄糖氧化酶与氧电极结合在一起并对葡萄糖进行检测的可行性。酶电极法因为其拥有着反应速度快、选择性好和制作简便经济的特点深受有机分析、生化分析和药物分析工作者的青睐。 酶是一种具有生物催化功能的高分子物质，化学本质是大多为蛋白质，其本身可被微生物所降解，而且酶还拥有较好的选择性和催化活性，是一种绿色而又高效的催化剂。不过游离状态下的酶对外界环境十分敏感，酶的性质不稳定，在一些极端环境下容易失活，并且蛋白质分子较小，容易在催化反应之后混入一些杂质，这让反应之后对产物的提纯造成了一定的麻烦，所以为了克服以上游离状态下的酶所出现的问题，就出现了酶固定化技术。 酶固定化是指使用材料把游離状态下活性酶限制在一定范围内，但依旧保证酶具有催化能力，而且使酶更容易被回收和可以反复利用的一种新技术。与游离状态下的酶和天然酶相比，固定化酶除了在稳定性、活力与选择性上得到了提升之外，固定化还能使酶促反应过程得到更加严格的控制同时使酶更容易与底物分开。 本文介绍了酶电极和固定化酶的一些基本信息，重点对制作酶电极的关键技术酶的固定进行了讨论。对包括吸附固定、包埋固定、共价键合固定和交联固定的传统酶固定方法和一些新型酶固定方法例如纳米技术处理、静电纺丝和磁处理进行了介绍并进一步对各种固定方法的优缺点进行了探讨。 2 传统酶固定化方法 2.1 吸附固定 吸附固定主要是通过范德华力、亲核作用和氢键等作用力，把酶固定到合适的载体上或是直接固定于电极表面。这种方法操作简单，在温和条件下即可完成
石墨烯在电化学传感器中的应用 石墨烯（graphene是spZ杂化碳原子排列成蜂窝状六角平面晶体，厚度仅为单层l 州。石墨烯具有比表面积大、机械强度高、热导性高等独特的性质，同时也是理想的电化学材料。同碳纳米管相比，石墨烯具有明显的优点，如不含有金属杂质、生产成本低145】。近年来，石墨烯在电子器件、能量存储与转换、生物科学与技术等方面获得了 f 一泛的应用。石墨烯优越的电化学行为使得其成为电化学分析中的优良电极材料，石墨烯及其复合材料逐渐被应用到电化学传感器之中。 akonstantinou 与其合作者第一次将基于石墨烯的纳米材料应用在电化学传感之中。他们采取免催化剂的方法，在硅片基底上生长出厚度为几十个纳米的石墨层薄膜，该石墨层包含有几百层堆积在一起的石墨烯片层，并通过高分辨的透射电镜、扫描电子显微镜、X 射线能谱进行表征。所制备的石墨烯片层的电化学性能优越，在二茂铁电对上得到了快速的电子转移速率，并实现了对多巴胺、抗坏血酸和尿酸的连续测定，材料表征及测定结果如图 1.10。Dong等详尽的研究 了还原态氧化石墨烯的电化学性质四I。该工作组得到的氧化石墨烯片层厚度约为InIn,包含2 一3层单片层石墨烯。使用了多种电化学探针分子，研究了石墨烯的电化学性质，并将石墨烯修饰电极同石墨修饰电极和裸电极进行了比较。这两个研究工作测定多巴胺的分析性能不一样，这主要是由于两者使用的石墨烯的所包含的层数不一致。 Li 与其合作者使用基于石墨烯的纳米材料，在抗坏血酸的存在下，实现了对多巴胺的灵敏测定。该研究工作指出，在未经修饰的玻碳电极上，抗坏血酸与多巴胺的氧化峰重叠在一起，而在石墨烯修饰的电极上，两者的峰能够彼此分开，从而避免了抗坏血酸的干扰[48]。同样，Kim 等讨论了在抗坏血酸的存在下，使用石墨烯修饰电极测定多巴胺，并且比较了裸玻碳电极和修饰电极的性能。他们指出，石墨烯修饰电极的HET 速率要比裸电极快。 认龟ng 等使用了石墨烯修饰电极用于测定铅和福离子。同裸玻碳电极相比，在石墨烯修饰电极测定重金属离子的灵敏度大大提高。他们所用的石墨烯材料是将氧化石墨超声后，用水合胁进行还原所制备而成。这种材料包含有99%的多层 石墨烯和1%的单片层的石墨烯1501。Liu和合作者制备了一种离子液体壳聚糖修饰
葡萄糖生物传感器的制备和应用 一、实验目的 学习和掌握国内外数据库查询综合运用的方法。 二、实验方法原理 由于葡萄糖测定在医疗诊断、发酵工业中占有相当重要地位, 如何快速准确地测定这一问题一直是重要的研究课题，所以葡萄糖传感器是生物传感器领域研究最多、商品化最早的生物传感器。通过图书馆馆藏数据库，掌握国内外数据库查询综合运用方法，查找与本实验相关的资料信息，初步了解生物传感器的原理，应用以及发展。找出自己感兴趣的葡萄糖生物传感器的制备方法，设计实验方案。 三、实验步骤 1、进入华南农业大学图书馆主页，点击网络数据库，如CNKI期刊、博士、硕士论文全文库等，进入检索界面。 2、分析实验题目，确定检索主题词，编写检索式。 3、查询生物传感器的原理，应用及发展。 4、查询葡萄糖生物传感器设计原理、制作步骤、性能测试指标。 5、以一种感兴趣的方法设计实验方案，写出能进行实验的报告。 四、结果处理 1、生物传感器的原理： (1)生物功能物质的分子识别：生物传感器的原理以生物功能物质的分子识别为基础。例如，酶是一种高效生物催化剂，其比一般催化剂高106～1010倍，且一般都在常温常压下进行。此外，酶还具有高度的专一性(它只对特定物质进行选择性催化)。酶催化反应可表示为： 酶+底物酶·底物中间复合物—→产物+酶形成中间复合物是其专一性与高效率的原因所在。由于酶分子具有一定的空间构型，只有当作用物的结构与酶的一定部位上的构型互相吻合时，它才能与酶结合进而受酶的催化。酶的分子空间构型是它进行分子识别的基础。图1表示酶的分子识别功能。抗体的分子识别功能与酶类似。细胞器、微生物及动物组织等是分子集合体，结构比较复杂，其识别功能亦复杂。 图1 酶的分子识别功能 (2)生物传感器工作原理：按照受体学说，细胞的识别作用是由于嵌合于细胞膜表面的受体与外界的配位体发生了共价结合，通过细胞膜通透性的改变，诱发了一系列电化学过程。膜反应所产生的变化再分别通过电极、半
酶生物传感器的应用进展 摘要：酶生物传感器是将酶作为生物敏感基元,通过各种物理、化学信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间的反应所产生的与目标物浓度成比例关系的可测信号,实现对目标物定量测定的分析仪器。与传统分析方法相比,酶生物传感器具有独特的优点:选择性高、反复多次使用、响应快、体积小、可实现在线监测、成本低，便于推广普及。本文主要论述生物酶传感器的特征、发展及酶传感器中应用的新技术。 关键词：酶生物传感器;进展;应用新技术 1概述 生物传感器(Biosensor)是一类特殊的化学传感器,通过各种物理、化学型信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间的反应,然后将反应的程度用离散或连续的信号表达出来,从而得出被测物的浓度[1]。自1962年Clark[2]等人提出把酶与电极结合来测定酶底物的设想后，1967年Updike和Hicks[3]研制出世界上第一支葡萄糖氧化酶电极[2]，用于定量检测血清中葡萄糖含量.此后，酶生物传感器引起了各领域科学家的高度重视和广泛研究，得到了迅速发展. 酶生物传感器是将酶作为生物敏感基元，通过各种物理、化学信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间的反应所产生的与目标物浓度成
比例关系的可测信号，实现对目标物定量测定的分析仪器.与传统分析方法相比，酶生物传感辑是由固定化的生物敏感膜和与之密切结合的换能系统组成，它把固化酶和电化学传感器结合在一起，因而具有独特的优点：(1)它既有不溶性酶体系的优点，又具有电化学电极的高灵敏度;(2)由于酶的专属反应性，使其具有高的选择性，能够直接在复杂试样中进行测定.因此，酶生物传感器在生物传感器领域中占有非常重要的地位. 生物传感器具有多样性、无试剂分析、操作简便、灵敏、快速、价廉、可重复连续使用等特点,已在食品发酵工业、临床医学、环境监测、军事科学等领域展现出十分广阔的应用前景[4-9]。2酶生物传感器的基本结构 酶生物传感器的基本结构单元是由物质识别元件(固定化酶膜)和 信号转换器(基体电极)组成.当酶膜上发生酶促反应时，产生的电活性物质由基体电极对其响应.基体电极的作用是使化学信号转变为电信号，从而加以检测，基体电极可采用碳质电极(石噩电板、玻碳电极、碳棚电极)、R电极及相应的修饰电极. 3酶生物传感器的分类 生物传感器按换能方式可分为电化学生物传感器和光化学生物传 感器2种。 3.1电化学酶传感器 基于电子媒介体的葡萄糖传感器,具有响应速度快、灵敏度高、稳定性好、寿命长、抗干扰性能好等优点,尤为受到重视。二茂铁由于