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溶胶 - 凝胶植物组织 生物传感器研究

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溶胶 - 凝胶植物组织 生物传感器研究. 答辩人:李敏健 指导老师:蔡沛祥教授. 一、选题意义 二、国内外研究现状 三、工作设想及创新之处 四、实验及讨论 五、结论 六、致谢. 一、选题意义. 生物传感器是分析化学领域中很具特色的一个分支,已在生物、医学研究,临床检验等部门广泛应用。 本论文提出一种关于直接利用天然植物中的酶制备生物传感器的新技术。 天然植物蕴含丰富的酶源,植物组织是价廉物美、取之不尽的生物催化材料。因此利用它制备生物传感器具有学术意义和实用价值。. 二、国内外研究现状.

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Presentation Transcript
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溶胶-凝胶植物组织生物传感器研究

答辩人:李敏健

指导老师:蔡沛祥教授

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一、选题意义

二、国内外研究现状

三、工作设想及创新之处

四、实验及讨论

五、结论

六、致谢

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一、选题意义

生物传感器是分析化学领域中很具特色的一个分支,已在生物、医学研究,临床检验等部门广泛应用。

本论文提出一种关于直接利用天然植物中的酶制备生物传感器的新技术。

天然植物蕴含丰富的酶源,植物组织是价廉物美、取之不尽的生物催化材料。因此利用它制备生物传感器具有学术意义和实用价值。

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二、国内外研究现状
  • 酶电极是在上个世纪70年代开始面世,它是在特定的基础电极(如氨电极、pH电极等)表面上涂上一层酶而构成。这种酶电极的酶容易流失,使用寿命不长。
  • 近年有报道利用溶胶-凝胶对酶进行包埋,研制成各种酶电极,用于测定葡萄糖、过氧化氢、氨基酸等。
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利用溶胶-凝胶技术能较好地固定酶,克服传统酶电极的弊病,但文献上的酶电极是利用纯酶进行研制,纯酶的提取工艺复杂,价格昂贵,应用上受到限制。尚未见国内外文献有关于采用溶胶-凝胶技术固定天然植物组织中的酶制成传感器的报道。利用溶胶-凝胶技术能较好地固定酶,克服传统酶电极的弊病,但文献上的酶电极是利用纯酶进行研制,纯酶的提取工艺复杂,价格昂贵,应用上受到限制。尚未见国内外文献有关于采用溶胶-凝胶技术固定天然植物组织中的酶制成传感器的报道。
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三、工作设想及创新之处

工作设想:

不需要经过对植物组织中的酶进行分离提取,直接利用植物液汁制备酶电极。

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我们采用溶胶-凝胶技术进行探索。原因是(1)溶胶-凝胶具有三维网络结构及微水环境,适合对酶的固定化。(2)溶胶-凝胶过程是其前驱体进行水解、缩合的过程。如果在这过程中加入适量的植物液汁,则植物液汁的水分参与溶胶-凝胶的水解、缩合反应而消耗掉,留下的酶则包埋在溶胶-凝胶中,由此可形成传感器的敏感膜。我们采用溶胶-凝胶技术进行探索。原因是(1)溶胶-凝胶具有三维网络结构及微水环境,适合对酶的固定化。(2)溶胶-凝胶过程是其前驱体进行水解、缩合的过程。如果在这过程中加入适量的植物液汁,则植物液汁的水分参与溶胶-凝胶的水解、缩合反应而消耗掉,留下的酶则包埋在溶胶-凝胶中,由此可形成传感器的敏感膜。
  • 本文以神经递质多巴胺为检测对象,探索这种新型生物传感器的制备技术。
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创新之处:
  • 无需对酶进行分离提取,即可实现对植物组织中酶的固定化。
  • 这是对传统酶电极和传统组织电极的一个技术革新。
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四、实验及讨论

1、酶的催化作用及传感器的电化学特性

  • 苹果组织中的酶对多巴胺的电化学过程起催化作用:
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伏安电流性质的研究
  • 不同扫描速度(v)对峰电流(ipc)的影响 :

说明醌式化合物的还原电流具有吸附特性.

  • 电位扫描前在0.6V下停留时间:30s
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2、实验条件的选择

(1)pH的选择:

pH=7.4的磷酸盐缓冲溶液

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(2)植物组织的选择:
  • 确定以富士苹果内层果肉的液汁作为本实验的生物催化剂
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(3)溶胶-凝胶配比的选择
  • 溶胶的配制不加乙醇,且水酯比为9.
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(4)溶胶-凝胶膜中苹果汁包埋量的选择

  • 合适的苹果汁含量为苹果汁:溶胶总量=1:6
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3、传感器的选择性
  • 利用Nafion膜内负电性的磺酸基(SO3-),可以达到提高传感器选择性的目的.
  • 抗坏血酸(AA)
  • 肾上腺素
  • 去甲肾上腺素
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4、多巴胺的定量测定

差示脉冲伏安法(DPV)阴极扫描

线性范围为:2×10-6~1×10-4mol/L

线性回归方程为:

I(μA)=0.321+4.29×C(mmol/L),R=0.999

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采用差示脉冲伏安法对多巴胺针剂的DA含量进行分析,测定结果与产品标示值吻合.采用差示脉冲伏安法对多巴胺针剂的DA含量进行分析,测定结果与产品标示值吻合.

DA的测定值(mg/mL) 0.0100

DA的标准值(mg/mL) 0.0103

RE(%) 3.0

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五、结论

本实验利用溶胶-凝胶技术,实现了对天然植物组织中酶的固定化.

所研制的Nafion-苹果汁-溶胶-凝胶修饰电极,与传统的组织电极(包括切片组织电极和碳糊组织电极)相比,具有特色.

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1.以往的切片组织电极需与特定的基础电极(如O2电极、NH3电极等)组合,还需要透气膜及外层保护网等构成,制作复杂.1.以往的切片组织电极需与特定的基础电极(如O2电极、NH3电极等)组合,还需要透气膜及外层保护网等构成,制作复杂.

而本传感器的基础电极仅是简单的铂盘电极,对电极的修饰过程方便、简单.

2.克服了碳糊组织电极中酶容易从电极表面流失以及碳糊容易脱落、经不起溶液搅拌的弊病.

3.便于采用复合修饰膜(如Nafion膜等)以提高传感器性能(如抗干扰能力、协同催化作用等).

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致谢

感谢中山大学化学与化学工程学院第三届创新化学实验基金对本课题研究的支持.

感谢导师蔡沛祥教授的悉心指导和耐心启发.

感谢师兄师姐及有关同学的热情帮助.

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