基于Sol-gel膜和多壁碳納米管鉑納米顆粒增效的電流型L-

1、基于Sol-gel膜和多壁碳納米管/鉑納米顆粒增效的電流型L-乳酸生物傳感器         11-04-22 14:35:00     編輯：studa20           作者：賀曉蕊 于京華 葛慎光 張秀明 林青朱晗 封爍 袁靚 黃加棟【摘要】  構(gòu)建了基于多壁碳納米管（Multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs）和鉑納米顆粒（

2、Pt-nano）的電流型L-乳酸生物傳感器。將Sol-gel膜覆蓋在L-乳酸氧化酶（L-lactate oxidase，LOD）和MWCNTs/Pt-nano修飾的電極表面。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：傳感器的最佳工作條件為：檢測(cè)電壓0.5 V；緩沖液pH 6.4；檢測(cè)溫度25 。此傳感器的響應(yīng)時(shí)間為5 s， 靈敏度是6.36 A/（mmol/L）。連續(xù)檢測(cè)星期其活性仍保持90%，線性范圍為0.22.0 mmol/L，且抗干擾能力強(qiáng)。在實(shí)際血樣的檢測(cè)中，此傳感器與傳統(tǒng)的分光光度法具有很好的一致性。 【關(guān)鍵詞】  生物傳感器； L-乳酸； 溶膠-凝膠； 鉑納米顆粒； 多壁碳納米管 

3、0;      Abstract  An electrochemical L-lactate biosensor was fabricated by combining Platinum nanoparticles(Pt-nano) with multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs).L-lactate oxidase(LOD) was immobilized on the surface of the glassy carbon electrode(GCE) modified with MWCNTs

4、 and Pt-nano.The surface of resulting LOD/MWCNTs/Pt-nano electrode was covered by a thin layer of sol-gel to avoid the loss of LOD and to improve the anti-interference ability.The cyclic voltammetric results indicated that MWCNTs/Pt-nano catalyst displayed a higher performance than MWCNTs.Under the

5、optimized conditions，i.e.，applied potential of 0.5 V，pH 6.4，25 ，the proposed biosensors determination range was 0.22.0 mmol/L，response time was within 5 s，and the sensitivity was 6.36 A（mmol/L）.It still kept 90% activity after 4 weeks.The fabricated biosensor had practically good selectivity against

6、 interferences.The results for whole blood samples analyzed by the present biosensor showed a good agreement with those analyzed by spectrophotometric method.Keywords  Biosensor； L-lactate； ol-gel； latinum nanoparticles； ulti-walled carbon nanotubes1  引言臨床醫(yī)學(xué)、牛奶工業(yè)、葡萄酒工業(yè)、生物技術(shù)和運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都需要靈敏、快速

7、的L-乳酸檢測(cè)方法。特別是血乳酸水平能夠反映人體的多種病理狀態(tài)。傳統(tǒng)的L-乳酸的檢測(cè)主要采用分光光度計(jì)法1。但這種方法過程復(fù)雜、成本高。生物傳感器因其選擇性高、響應(yīng)快和重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是最適合的生化分析儀器之一。目前，關(guān)于檢測(cè)乳酸含量的電化學(xué)傳感器已有報(bào)道2，3。但簡(jiǎn)便、便宜和選擇性高的L-乳酸傳感器依然是目前研究的熱點(diǎn)。碳納米管（Carbon nanotubes，CNTs）擁有許多特殊性質(zhì)，如高電導(dǎo)性、高化學(xué)穩(wěn)定性，以及非常高的機(jī)械強(qiáng)度和系數(shù)4，5。CNTs包括單壁碳納米管（Single-walled carbon nanotubes，SWCNTs）和多壁碳納米管（Multi-walle

8、d carbon nanotubes，MWCNTs）。當(dāng)被用作電化學(xué)反應(yīng)的電極材料時(shí)，SWCNTs和MWCNTs都有提高電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的能力。研究表明：MWCNTs可增強(qiáng)電極表面的電催化活性和增大其表面積6。文獻(xiàn)7表明：CNTs修飾的電極能夠顯著增強(qiáng)兒茶酚胺神經(jīng)傳遞素、細(xì)胞色素C、抗壞血酸、NADH和肼復(fù)合物的電化學(xué)性能。CNTs能夠提高NADH和H2O2的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，這表明它在基于脫氫酶和氧化酶的電流型生物傳感器方面有廣闊的應(yīng)用前景。鉑納米顆粒（Patinum nanoparticles，Pt-nano）是一種有效的酶?jìng)鞲衅鞯臉?gòu)建材料。它具有很好的生物相容性、大的表面積及對(duì)H2O2的催化能力

9、強(qiáng)11。本研究構(gòu)建了基于MWCNTs和Pt-nano的電流型L-乳酸生物傳感器。為阻止電極表面上的酶分子的丟失和提高傳感器的抗干擾能力，采用Sol-gel膜12，13覆蓋LOD/MWCNTs/Pt-nano電極表面。對(duì)構(gòu)建的生物傳感器的檢測(cè)范圍、響應(yīng)時(shí)間、敏感性和穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。考察了pH值、電位、溫度和電活性干擾物對(duì)傳感器電流的影響， 并將此傳感器應(yīng)用于全血分析。2  實(shí)驗(yàn)部分2.1  試劑與儀器2.2  Sol-gel標(biāo)準(zhǔn)溶液、納米鉑溶液和MWCNTs標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制在燒杯中按照一定的比例加入TEOS，H2O和0.1 mol/L HCl，不停地?cái)嚢柙摶旌先芤褐?/p>

10、到溶液變清澈，即得Sol-gel儲(chǔ)備溶液。此儲(chǔ)備溶液被應(yīng)用于整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，并可根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行稀釋。根據(jù)文獻(xiàn)14制備Pt-nano溶液。將4 mL 5% H2PtCl6·6H2O溶液加入到340 mL蒸餾水中，在80 下邊攪拌邊加熱。加入60 mL 1%檸檬酸鈉溶液后，在（80±0.5） 保溫4 h。此過程通過吸附光譜記錄。當(dāng)PtCl6的吸附帶消失的時(shí)候， 表明反應(yīng)結(jié)束。 圖1  Pt-nano的TEM圖（放大倍數(shù)100000）（略）Fig.1  Transmission electron micrograph of platinum nanop

11、articles(Pt-nano)(×100000)將2 mg MWCNTs加入到1 mL二甲基亞砜溶液中，超聲攪拌，制備成黑色懸濁液狀的MWCNTs溶液。2.3  制備Sol-gel/LOD/MWCNTs/Pt-nano修飾的酶電極用0.05 m Al2O3粉打磨玻碳電極，超聲清洗，再分別用1 mol/L HNO3和1 mol/L NaOH清洗，然后用雙蒸水徹底清洗。20 L MWCNTs和20 L鉑納米顆?；旌现瞥少A備溶液，超聲40 min，得到均勻分散的MWCNTs和Pt-nano溶液。將10 L MWCNTs和Pt-nano溶液滴加到玻璃碳電極的表面，使之均勻分布在

12、電極的整個(gè)表面上，然后將電極在室溫下干燥30 min。再用2 L LOD溶液覆蓋MWCNTs和Pt-nano復(fù)合膜修飾的電極表面。在室溫下干燥20 min后，加6 L Sol-gel儲(chǔ)備溶液到酶層的表面，然后在室溫下干燥。最后，將酶電極浸入到pH 6.8的緩沖液中，保存在4 的冰箱中過夜，以便除去電極表面過量的L-乳酸氧化酶。用去離子水徹底清洗電極，即得Sol-gel/LOD/MWCNTs/Pt-nano修飾的電極。3  結(jié)果與討論3.1  Sol-gel/LOD/MWCNTs/Pt-nano修飾電極的電化學(xué)特性研究了MWCNTs/Pt-nano和MWCNTs修飾的電極對(duì)L-乳酸的電催化行為。由圖2可見，MWCNTs/Pt-nano和MWCNTs都能增加傳感器的電流響應(yīng)。  圖2  裸電極(a)、MWCNTs修飾的電極（b）、MWCNTs/Pt-nano修飾的電極(c)的CV圖（略）Fig.2  Cyclic voltammograms of L-lactate on bare GCE(a)，MWCNTs modified electrode(b)，MWCNTs/Pt-nano modified electr