基于酶-纳米复合材料的高效生物传感及环境分析
酶主要是一类具有生物活性的蛋白质,通过酶的高效反应性等方式合成新型酶-纳米复合物,研制基于酶-纳米复合物的新型高效化学/生物传感器用于生物和环境分析.本文以葡萄糖氧化酶(GOx)为模型酶,采用生物催化驱动的方式制备了酶-纳米复合材料,即在底物和天然媒介体氧气存在下,利用酶反应所致的伴生产物过氧化氢直接还原NaAuC14或Na2PtCl6得金(或铂)纳米(团簇)结构,实现了酶-纳米复合物(GOx-PtNPs和GOx-AuNPs复合物)的制备.和GOx-AuNPs复合物)的制备。通过将所得酶-纳米复合物吸附到金电极表面构建了基于酶-纳米复合材料的生物传感器并用于生物传感及环境分析。PtNPs的引入显著提高了酶修饰电极对葡萄糖的响应灵敏度，且有效降低了检测电位。GOx-PtNPs/Au电极在0.5V下对葡萄糖的响应灵敏度较GOx/Au电极提高了近十倍，这归因于GOx-PtNPs复合物中GOx酶活性的有效保持及PtNPs对酶反应产物过氧化氢电化学传感的有效催化。同时，GOx-PtNPs/Au电极对Hg2+的响应灵敏度也较GOx/Au电极有非常显著的提高，对Hg2+的检测下限降低了两个数量级，GOx-AuNPs亦对底物葡萄糖及抑制剂Hg2+有明显的增敏传感效果，表明通过生物催化驱动的方式制备的酶一纳米复合材料能够有效用于提高所得传感器在生物传感和环境分析中的检测灵敏度。同时，通过将吸附酶修饰电极进行酶生纳米金的进一步修饰，实现了在吸附酶表面形成一层纳米“铆钉”，一方面能够实现吸附酶的层层组装以提高其在电极表面的负载量，另一方面提高了吸附酶修饰电极的稳定性。实验结果表明该方案成功将所吸附的酶量提高了2-3倍，且显著提高了吸附酶的长期稳定性，从而在电极表面实现了吸附酶的层层组装，所得吸附酶修饰电极随着层层组装的进行而实现了吸附酶的增加和对葡萄糖灵敏度的增大。这种通过酶生纳米金实现酶的层层组装还未见报道。同时，本实验发现在利用重金属离子对GOx活性的抑制作用实现对Hg2+的定量检测时，Ag+和Cu2+具有较大的干扰作用。首次提出并通过实验证实利用氨水络合法可有效消除Ag+和Cu2+的干扰，从而实现了利用GOx-PtNPs和GOx-AuNPs复合物高选择性检测Hg2+。
生物传感器 酶-纳米复合材料 制备工艺 汞离子检测
黄健英 管云 陈超 谢青季
湖南师范大学化学生物学及中药分析教育部重点实验室,化学化工学院,长沙410081
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2014-11-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）