Nafion膜固定的麦尔多拉蓝为介体的过氧化氢、葡萄糖和乳糖生物传感器

以Nafion膜修饰玻碳电极固定的麦尔多拉蓝为辣根过氧化物酶和电极间的电子传递介体，成功地制成了性能优良的电流型单酶过氧化氢生物传感器；在此基础上通过固定双酶（辣根过氧化物酶－葡萄糖氧化酶）和三酶（辣根过氧化物酶－葡萄糖氧化酶－半乳糖苷酶）分别制成了葡萄糖和乳糖生物传感器；探讨了工作电位、pH、温度和干扰物质等对这3种生物传感器的影响。     

电聚高分子膜固定化酶生物传感器及其进展

本文将电化学聚合高分子膜固定膜酶制备的生物传感器分为以下三种主要类型，并分别 就其发展概况和发展方向进行了评述。即：以溶解氧为电子受体的的生物传感器（第一代电流型生物传感器）；以非氧介全为电子受体的生物传感器（第二代电流型生物传感器）和电子在酶和聚合高分膜之间直接进行转移的传感器（第三代电流型生物传感器）。     

基于辣根过氧化物酶/纳米金/L-半胱氨酸/聚邻氨基苯甲酸膜修饰的过氧化氢生物传感器

描述了测定过氧化氢的第三代电流型生物传感器。为了制备生物传感器，邻氨基苯甲酸（oABA）被电聚合到铂电极的表面形成具有抗干扰能力的静电排斥层。辣根过氧化物酶（HRP）通过纳米金（Nano-Au）的吸附固定到修饰了聚邻氨基苯甲酸及L-半胱氨酸的电极上。过氧化氢的测量是在相对于饱和甘汞电极的＋20 mV处进行的。修饰好的电极具有快速的响应，优秀的再现性和灵敏度，宽的线性范围和低的干扰水平等特点。我们研究了温度和pH对电极响应的影响及传感器的稳定性。在优化的条件下，传感器对过氧化氢的线性范围是2.99×10^-6到3.55×10^-3 mol/L，灵敏度和检测下限分别为0.0177 A•L^－1•mol^－1和4.3×10-7 mol/L（S/N＝3）。传感器不到10 s就可以达到响应的95％。     

Nafion 膜固定的新亚甲基蓝为介体生物传感器

以Nafion膜固定的新亚甲基蓝为辣根过氧化物酶和玻碳电极间的电子传递介体,制成电流型单酶过氧化氢生物传感器和双酶葡萄糖生物传感器。探讨了工作电位、pH值、温度和干扰物质等对生物传感器的影响。     

纳米金固定辣根过氧化物酶的碳纳米管修饰第3代过氧化氢传感器的研究

将纳米金吸附辣根过氧化物酶（HRP）固定在多壁碳纳米管（MWNT）修饰的铂（Pt）电极上,利用MWNT对HRP的直接电化学催化特性及纳米金对蛋白质的强吸附能力制备了第3代H2O2生物传感器。实验结果表明,HRP在MWNT／Pt电极表面能进行有效和稳定的直接电子转移,HRP保持了其对H2O2还原的生物电催化活性,而且能快速（3S）地响应H2O2浓度的变化。HRP在修饰电极上的表观吸附量（Tr）为7．3×10^-10mol／cm^2,异相电子转移常数（Ks）为1．23s^-1。该传感器在-300mV时对H2O2响应的线性范瑚为1×10^-5～1×10^-3 mol／L（r=0．9968,n=4）。     

辣根过氧化物酶在金属螯合琼脂糖/CNTs修饰电极表面的固定化及邻苯二酚检测

将辣根过氧化物酶亲和固定在金属螯合功能化的琼脂糖/碳纳米管复合物修饰电极上,构建了一种新型的安培生物传感器,并将其用于邻苯二酚分析检测.金属螯合亲和是利用Ni2＋对辣根过氧化物酶表面的组氨酸或半胱氨酸残基强烈且可逆的亲和键合能力.因此,在分子中有这样残基的酶很容易固定在含有镍螯合的功能化的琼脂糖/碳纳米管复合物上.采用线性扫描伏安法和安培法研究,酶电极对邻苯二酚在-0.05V（vs.SCE）直接还原生物催化其生成的醌类物质而间接测定.对影响生物传感器灵敏度的pH、施加电位和H2O2浓度进行了研究.研究结果表明在pH为7.0,电极电位为-0.05V（vs.SCE）,H2O2浓度为40-M时,传感器有很好的响应.利用构建的生物传感器对邻苯二酚、苯酚、对叔丁基邻苯二酚及2-氯酚进行了测试,显示出高的灵敏度,特别是对邻苯二酚,其线性范围为2.0×10-8～1.05×10-5M,检测限为5.0×10-9M.此外,生物传感器在保存60天后其响应为起始水平的90%,响应时间为3s,并能用于实际水样测定,表明构建的生物传感器有宽的线性范围、高的灵敏度、好的抗干扰能力和长期稳定性.     

基于2,6-吡啶二甲酸聚合膜固定纳米金胶的过氧化氢传感器的研究

构造了一种以2,6-吡啶二甲酸电聚合膜为基底,以共价键合的半胱胺固定的纳米金胶吸附辣根过氧化物酶的过氧化氢生物传感器.在以对苯二酚作介体的条件下,实现电流的多级放大.该传感器与2,6-吡啶二甲酸聚合膜-辣根过氧化物酶修饰的传感器比较,具有更高的稳定性、更低的检测下限.在工作电位-0.1 V条件下,能快速催化还原过氧化氢.在传感器制作中,酶固定方法简单易行,制得的电极可多次重复使用,具有较好的使用价值.     

磁性纳米粒子固定辣根过氧化物酶的生物传感器

利用FeSO4与FeCl3合成了磁性Fe3O4纳米粒子,并进一步利用3-氨丙基-3-乙氧基硅烷(APS)和戊二醛溶液将辣根过氧化物酶共价固定于该磁性纳米粒子表面,研究了该磁性颗粒的磁学性能,通过磁力将其修饰于固体石蜡碳糊电极表面制成了酶修饰电极。考察了该传感器对H2O2的电化学响应。该生物传感器可对H2O2进行测定,线性范围为1.2×10-7~8.3×10-5mol/L;检出限为4.5×10-8mol/L。利用磁性纳米粒子所制得的酶修饰电极具有催化性能高、稳定性好、造价低和修饰层易更新等优点,有望得到更多的实际应用。     

基于碳纳米管修饰电极的胆碱电化学发光生物传感器研制

在碳纳米管(CNTs)和K3Fe(CN)6修饰的铂电极上吸附固定胆碱氧化酶,以鲁米诺为发光试剂,研制了胆碱电化学发光(ECL)生物传感器.CNTs可有效提高电极表面的电荷传输能力、提高电极表面的生物相容性和对酶分子的固载能力;K3Fe(CN)6对酶活性具有激活作用,同时对H2O2增敏的鲁米诺ECL有增强作用,均有利于提...     

酶电极电子转移途径的研究进展

酶的活性中心与电极表面的电子转移直接影响酶电极的性能和特征。自1962年第一个酶电极报道以来,科学家们不断探索新的方式实现酶与电极间电子转移并取得了较大的进展,使生物传感器由第一代依靠氧与葡萄糖氧化酶中的活性中心反应测量氧的消耗为原理,发展到第三代实现酶的活性中心与电极表面之间的直接电子转移,即所谓的"无试剂电化学生物传感器"。然而,探究酶电极内在电子转移机理以及设计能够满足不同应用要求并适合大规模量产、价格合适的酶电极仍然是研究的热点。本文综述了主要的电子转移方式以及相应的优缺点,以及笔者团队开发的使用氧化还原聚合物实现电子转移的方法,并对其应用前景进行展望。     

Direct electron transfer for hemoglobin in biomembrane-like dimyristoyl phosphatidylcholine films on pyrolytic graphite electrodes

Stable thin films made from dimyristoyl phosphatidylcholine (DMPC) with incorporated hemoglobin (Hb) on pyrolytic graphite (PG) electrodes were characterized by electrochemical and other techniques. Cyclic voltammetry (CV) of Hb-DMPC films showed a pair of well-defined and nearly reversible peaks at about -0.27 V vs. saturated calomel electrode (SCE) at pH 5.5, characteristic of Hb heme Fe(III)/Fe(II) redox couple. The electron transfer between Hb and PG electrodes was greatly facilitated in DMPC films. Apparent heterogeneous rate constants (ks) were estimated by fitting square wave voltammograms of Hb-DMPC films to a model featuring thin layer behavior and dispersion of formal potentials for redox center. The formal potential of Hb heme Fe(III)/Fe(II) couple in DMPC films shifted linearly between pH 4.5 to 11 with a slope of -48 mV pH-1, suggesting that one proton is coupled to each electron transfer in the electrochemical reaction. Soret absorption band positions suggest that Hb retains a near native conformation in DMPC films at medium pH. Differential scanning calorimetry (DSC) showed the phase transition for DMPC and Hb-DMPC films, suggesting DMPC has an ordered multibilayer structure. Trichloroacetic acid (TCA) was catalytically reduced by Hb-DMPC films with significant decreases in the electrode potential required.     

1,4-二氧六环介质中辣根过氧化物酶电极的性能研究

用交联法制备辣根过氧化物酶(HRP)电极, 在1,4-二氧六环介质中研究其电化学行为。实验表明, 固定化的HRP在有机相中仍保持活性并可与电极进行直接电子传递, 因而能在没有其它电子传递体存在的条件下催化H~2O~2的电化学还原反应。当亚铁氰化物与酶共修饰至电极上之后, 它起着电子传递体的作用, 使HRP电极的性能大为改善。根据不同条件下得到的动力学参数, 讨论了影响酶电极性能的因素。     

辣根过氧化物酶的电化学固定化及其对H2O2的生物电催化还原作用

利用电化学固定化方法制备了聚吡咯/辣根过氧化物酶(PP/HRP)膜电极,并研究了其电化学行为。在除氧的磷酸盐缓冲液介质中,PP/HRP电极加速H₂O₂的还原,归因于酶加成物的直接电子传递。探索HRP与电子传递体K₄Fe(CN)₆在聚吡咯(PP)膜中的同时固定化条件及其膜电极的电化学行为,实验证实,K₄Fe(CN)₆在酶膜中的存在使得H₂O₂的还原电位强烈正移,在-0.05V的工作电位下能对H₂O₂进行检测,相应的电极过程可用间接氧化还原催化机理解释。     

Electrochemical behavior of horseradish peroxidase on WS2 nanosheet‐modified electrode and electrocatalytic investigation

In this paper, a WS₂ nanosheet was modified on the surface of a carbon ionic liquid electrode (CILE), and horseradish peroxidase (HRP) was further fixed on the electrode with a Nafion film. Direct electrochemistry and bioelectrocatalysis of HRP incorporated on the modified electrode were investigated in detail. On Nafion/HRP/WS₂/CILE, a pair of well‐defined quasi‐reversible redox peaks appeared on the cyclic voltammogram, indicating that the presence of the WS₂ nanosheet on the electrode surface could provide a specific interface with large surface area for HRP and its direct electron transfer rate was greatly enhanced. The formal potential (E⁰) obtained was –0.179 V, which was the typical feature of heme Fe(III)/Fe(II) in HRP. The electron transfer coefficient (α) and the heterogeneous electron transfer rate constant (k_s) of HRP were calculated as 0.44 and 1.01 s^–1, respectively. This HRP‐modified electrode showed excellent electrocatalytic activity for the reduction of trichloroacetic acid and NaNO₂ with a wide linear range and low detection limit. Real samples were detected by this proposed method, indicating the successful fabrication of a new third‐generation electrochemical enzyme sensor utilizing the WS₂ nanosheet.     

Direct electrochemistry and electrocatalysis with horseradish peroxidase in Eastman AQ films

Stable films made from ionomer poly(ester sulfonic acid) or Eastman AQ29 on pyrolytic graphite (PG) electrodes gave direct electrochemistry for incorporated enzyme horseradish peroxidase (HRP). Cyclic voltammetry of HRP-AQ films showed a pair of well-defined, nearly reversible peaks at about -0.33 V vs. SCE at pH 7.0 in blank buffers, characteristic of HRP heme Fe(III)/Fe(II) redox couple. The electron transfer between HRP and PG electrode was greatly facilitated in AQ films. The electrochemical parameters such as apparent heterogeneous electron transfer rate constant (k(s)) and formal potential (E(o')) were estimated by fitting the data of square-wave voltammetry (SWV) with nonlinear regression analysis. Reflectance absorption infrared (RAIR) and UV-Vis absorption spectra demonstrated that HRP retained a near native conformation in AQ films. The embedded HRP in AQ films retained the electrocatalytic activity for oxygen, nitrite and hydrogen peroxide. Possible mechanism of catalytic reduction of H(2)O(2) with HRP-AQ films was proposed.     

Mesoporous Materials Promoting Direct Electrochemistry and Electrocatalysis of Horseradish Peroxidase

The direct electron transfer and electrocatalysis of horseradish peroxidase (HRP) immobilized on hexagonal mesoporous silicas (HMS) matrix was studied. The interaction between HRP and HMS was examined by using Fourier transform infrared spectroscopy, nitrogen adsorption isotherms and electrochemical methods. The immobilized HRP at a modified glassy carbon electrode showed a good direct electrochemical behavior, which depended on the specific properties of the HMS. Two couples of redox peaks corresponding to Fe(III) to Fe(II) conversion of the HRP intercalated in the mesopores and adsorbed on the external surface of the HMS were observed with the formal potentials of ?0.315 and ?0.161 V in 0.1 M pH 7.0 PBS, respectively. The amount of HRP intercalated in the mesopores of HMS proved to be related to the pore size. The HRP intercalated in the mesopores showed a surface controlled electrode process with a single proton transfer. The immobilized HRP displayed an excellent electrocatalytic response to the reduction of hydrogen peroxide (H₂O₂) without the aid of an electron mediator. The HMS provided a novel matrix for protein immobilization and direct electron transfer study of the immobilized protein.     

甲苯胺蓝修饰石墨电极的电化学性质及对血红蛋白的电催化还原

本文将电子媒体甲苯胺蓝吸附在石墨电极上制备成修饰电极。在＋０．２～０．５Ｖ（ｖｓ．ＳＣＥ）范围内，吸附态的甲苯胺蓝呈现有两质子参与的可逆性两电子氧化还原行为，在ｐＨ５．５醋酸盐缓冲溶液中，其表面式量电位Ｅ＾０为－０．２２Ｖ，表观表面电子传递速率常数ｋ为１．１Ｓ＾－１，甲苯胺蓝修饰电极具有良好的稳定性，它能加速血红蛋白在固体电极上的电子传递，产生很好的电流响应。     

血红蛋白在壳聚糖修饰碳纳米管上的电化学特性及对过氧化氢的电催化分析

用壳聚糖对多壁碳纳米管进行修饰,构建了一种用于固定血红蛋白的新型复合材料,并研究了血红蛋白在该碳纳米管上的电化学性质及其对过氧化氢的电催化活性.扫描电镜结果表明,壳聚糖修饰的多壁碳纳米管呈单一的纳米管状,并能均匀分散在玻碳电极表面.紫外光谱分析表明血红蛋白在该复合膜内能很好地保持其原有的二级结构.将该材料固定在玻碳电极上后,血红蛋白能成功地实现其直接电化学.根据峰电位差随着扫描的变化,计算得到血红蛋白在壳聚糖修饰的碳纳米管膜上的电荷转移系数为0.57,表观电子转移速率常数为7.02 s-1.同时,该电极对过氧化氢显示出良好的催化性能,电流响应信号与H2O2浓度在1.0×10-6 ～1.5×10-3 mol/L间呈线性关系,检出限为5.0×10-7 mol/L.修饰电极显示了良好的稳定性.     

酶的光谱电化学研究（Ⅰ）：辣根过氧化物酶的电化学性质

利用薄层光谱电化学技术研究了辣根过氧化物酶(HRP)及其化合物的氧化还原过程。指出HRP可在固体电极上进行直接电子传递,该电极反应不是酶中二硫键的还原,而是血红素辅基中心金属离子的氧化态转变。测定了HRP(Fe~(3+)/Fe~(2+))电对的标准氧化还原电位和电化学动力学参数,讨论了HRP氧化性中间物的电化学性质。     

碳纳米管促进氧化还原蛋白质和酶的直接电子转移

将血红蛋白(Hb)、辣根过氧化物酶(HRP)和葡萄糖氧化酶(GOx)分别固定在经碳纳米管修饰的玻碳电极(CNT/GC)上,制成Hb CNT/GC、HRP CNT/GC和GOx CNT/GC电极.Hb、HRP和GOx在CNT/GC电极表面均能发生有效和稳定的直接电子转移反应,其相应的循环伏安曲线均显示出一对几近对称的氧化还原峰;在60mV/s下,其式量电位E0'分别为-0.343V、-0.319V和-0.456V(vs.SCE,pH6.9),且不随扫速而变;以上三者在CNT/GC电极表面直接电子转移的表观速率常数ks依次为1.25±0.25、2.07±0.56和1.74±0.42s-1;根据式量电位E0'随缓冲溶液pH值的变化关系,确知在CNT/GC电极上,Hb或HRP发生的直接电化学遵从(1e+1H+)电极过程机理,而GOx发生的直接电化学反应则遵从(2e+2H+)机理.此外,固定在CNT/GC电极表面的Hb、HRP和GOx也同时表现出对各自底物的生物电催化活性.由本文制备的碳纳米管修饰电极及其固定生物蛋白质(酶)的方法具有简单、易于操作等优点,并可用于对其它生物氧化还原蛋白质和酶的直接电子转移测试.