几种无机/有机纳米复合材料的电化学酶传感器研究
图2.3 聚丙烯酸/双金属纳米颗粒传感界面扫描电镜图
2.3.3 修饰电极对H2O2 的电催化性能
金属纳米粒子具有优异的催化活性，良好的电子传递效率。过氧化氢(H2O2)是很多酶催化反应的产物，也是制药、食品、临床、环境和工业分析中一种重要的中间体。 因此，对H2O2的检测具有非常重要的意义。电化学方法检测H2O2 由于具有简便、成本低和速度快等优点, 得到了广泛关注。本文用原位自组装生成的双金属修饰的金电极测试了对H2O2 的响应。
图2.4所示为聚丙烯酸/双金属纳米颗粒修饰的电极在浓度为1/15 M 的PBS中加入
7mM H2O2前后的循环伏安曲线。当溶液中没有H2O2 时（曲线a），在0 V 附近出现一对
微弱的氧化还原峰，同时在-0.1到-0.2 V的电位区观察到了一个强度较低的阴极峰，分别对应PAA 膜中金属的氧化还原和溶液中氧气的还原；当往溶液中加入7mM H2O2 时（曲线b），- 0.1到- 0.2 V区域的阴极电流显著增大，在E＞0 V 的电位区阳极电流也增大明显，这分别是由H2O2 的催化还原和催化氧化所引起的。这表明修饰电极对H2O2 具有明显的催化氧化和催化还原作用。对比正、负电位处的电流响应，可以观察到负电位处的电流响应比正电位处大的多，表明在该电极上H2O2的还原作用比氧化作用更容易发生。
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硕士学位论文
4e-52e-50aI/A-2e-5b-4e-5-6e-5-1.0-.8-.6-.4-.20.0.2.4E/V vs SCE 图2.4 修饰的电极在浓度为1/15 M 的PBS中有无H2O2时的循环伏安曲线。(a) 0mM H2O2 (b) 加入7mM H2O2
图2.5考察了不同扫描速度下，修饰电极在1/15M PBS中的CV图。可以看出，阴极峰电流和阳极峰电流随着扫描速率的增大而增大。并且峰电流和扫描速度的平方根呈正比，表明在修饰电极表面是扩散控制过程。
图2.5 修饰电极以不同扫速（从里到外：20, 50, 100, 200, 300,400,500,600, 700, 800mV s-1）在1/15M PBS 中的循环伏安图。
通过CV考察传感器的稳定性，如图2.6 所示。在-0.8到0.2 V电位范围内，修饰电极于PBS中以扫速50mVs-1连续扫描30圈，发现电流信号没有明显变化，表明电化学界面相当稳定。
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图2.6 在-0.8到0.2 V电位范围内，修饰电极于PBS中连续扫描30圈（扫速50mV/s）
图2.7为修饰的电极于-0.1 V工作电位下，在1/15M PBS (pH 6.98) 中对连续滴加1mM H2O2的计时电流响应图。可以看出修饰界面响应信号稳定、快速。
图2.7 -0.1 V下连续滴加1 mM H2O2的计时电流响应图
图2.8是该传感器的标准校正曲线。我们得出该传感器对H2O2的线性范围为500nM ~20mM ，检测下限(S/N=3)为500nM。该传感器催化效果跟相关文献报道的[99]基于PAA原位组装单金属Pd纳米颗粒的传感器效果相比较（线性范围10?M~20mM ，检测下限5?M）具有有更宽的线性范围和更低的检测下限，证明其性能优良。
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硕士学位论文
350300250200I / ??1501005000510152025H2O2 / mM 图2.8 传感器的标准校正曲线。
2.4 小结
我们研究了一种新颖的金属微粒修饰电极的方法：在电极表面修饰三维功能聚合物网，利用聚合物的功能基吸附自组装一定比例的双金属离子，再还原从而在电极表面直接制备双金属微粒。这种方法的优点在于，金属离子可以在聚合物网状结构中得到充分的分散，故生成的金属微粒也具有分散性好的特点本文在电极上电沉积聚丙烯酸，在其表面直接原位组装制备了基于双金属微粒的化学修饰电极，该电极对H2O2 表现出良好的电催化性能，效果优于单金属颗粒修饰的类似电极。改变功能聚合物、金属离子和固定生物分子，用该方法有望构建多种化学和生物传感器。
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第3章 基于羟基磷灰石纳米阵列的氰化物电化学生物
传感器
3.1 前言
近年来，纳米技术领域的研究热点之一为发展新的合成技术制备形貌可控的纳米材料。一维纳米材料，例如纳米管和纳米线[100,101]等，因其具有如高纵横比、高储存量等各种性质以及颗粒吸收带蓝移、电导量子化和机械性能增强等多种效应，受到广泛关注，从而应用于功能化阵列材料的研究。当前，纳米阵列应用于生物传感器的研究方兴未艾，设计精巧的纳米阵列生物传感器可显著改善传感器的性能[60,102]。
羟基磷灰石[HA：Ca10(PO4)6(OH)2] 是一种生物陶瓷，其化学组成和结构类似于人骨骼系统中的磷灰石，具有良好的生物相容性。我们一般通过固相反应、溶胶凝胶、化学沉淀、水解等多种方法来合成羟基磷灰石粉末[103]。目前为止，许多文献已报道了羟基磷灰石在临床实验以及商品中的多种应用。袁媛等[104]采用溶胶凝胶法合成了含有CO32- 的、具有良好结晶功能的纳米羟基磷灰石，其对特定的肝癌细胞具有一定程度的抑制作用。由于具有吸附位点多、表面积大、多功能性和高生物相容性等优点，纳米羟基磷灰石常用来设计纳米器件，其尺寸与形态决定了生物活性以及生物相容性的发挥效果。壳聚糖是由自然界广泛存在的几丁质经过脱乙酰作用得到的一种生物聚合素，其由于富含反应活性的氨基和羟基官能团而显示出优良的生物成膜性、水渗透性，易用于化学修饰[105,106]。本文结合纳米材料和生物材料，将羟基磷灰石纳米线阵列和壳聚糖一同用于制备纳米生物传感器，设计了基于壳聚糖/羟基磷灰石纳米线阵列的酶抑制型生物传感器，用于氰化物的灵敏测定。
氰化物特指带有氰基(CN)的化合物，它是一种剧毒化合物，工业中使用氰化物很广泛，在电镀、洗注、油漆、染料、橡胶等行业的应用比比皆是。日常生活中，桃、李、杏、枇杷等含氢氰酸，其中以苦杏仁含量最高。在社会上也有用氰化物进行自杀或他杀情况。从环境工程和生物安全角度考虑，鉴于氰化物毒性大，对环境和食品具备潜在污染威胁，因而发展快速、灵敏的氰化物检测方法十分必要。当前常用的氰化物检测方法包括比色法、滴定法、电位法、离子色谱法、流动注射法以及气相色谱法[107-111]。尽管各具优势，但这些方法往往需要昂贵的仪器、繁琐的检测过程，且难以实现快速分析。生物传感器由于具有操作简单、灵敏度高和选择性好等优点，有望发展为氰化物的检测器。
目前，基于酶抑制理论的生物传感器已经在重金属离子、杀虫剂和其他有毒物质的分析检测中得到较广泛应用 [112, 113]。 其原理如下：抑制剂与酶相互作用使其活性降低，
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