納米材料的制備及其在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用重點

1、湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文納米材料的制備及其在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用姓名：遲寶珠申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：分析化學(xué)指導(dǎo)教師：蔣健暉20090501碩卜學(xué)位論文摘要電化學(xué)生物傳感器具有選擇性好、靈敏度高、分析速度快、檢測成本低、所需 儀器簡單、能在復(fù)雜體系中進(jìn)行在線連續(xù)監(jiān)測、易于實現(xiàn)微型化等優(yōu)點，在化學(xué)、 生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、食品、醫(yī)藥和軍事等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值。納米材料具有 獨特的光學(xué)、電學(xué)和催化特性及良好的生物相容性。將納米材料應(yīng)用于生物傳感器 的制備可以顯著提高傳感器的性能。本文制備了不同形貌的納米材料，并將這些納 米材料用于生物傳感界面的構(gòu)建。所制備的葡萄糖、過氧化氫等生物傳感器具有較 高的

2、靈敏度、較低的檢測下限以及較快的響應(yīng)速度。具體內(nèi)容如下：(1) 納米材料巨大的比表面積能顯著提高酶的負(fù)載量，同時為酶的固定提供 了良好的微環(huán)境，保持酶的活性。將垂直排列的納米線陣列作為傳感器件，能保證 酶和底物之間有盡可能大的接觸面積，提高了生物傳感器的響應(yīng)性能。將聚碳酸酯 模板固定在電極上，用恒電位沉積法制備釘紫納米線陣列。釘紫納米線陣列修飾的 玻碳電極在.0 .1V下對過氧化氫有較靈敏的響應(yīng)。將葡萄糖氧化酶交聯(lián)到納米 線陣列上，得到的葡萄糖傳感器有較高的靈敏度，較寬的線性范圍，并可實現(xiàn)對葡 萄糖的無干擾檢測（第2章）。（2）近年來，石墨烯被當(dāng)做是碳族元素的后起之秀，受到廣泛關(guān)注。石墨烯 特

3、殊的二維結(jié)構(gòu)，使其具有完美的量子隧道效應(yīng)、半整數(shù)的量子霍爾效應(yīng)和從不消 失的電導(dǎo)率等一系列性質(zhì)。在本文中，利用化學(xué)方法合成石墨烯。利用電子掃描電 鏡、X.ray衍射儀、紫外以及紅外光譜儀表征石墨烯。利用層層組裝技術(shù)，將 石墨烯和辣根過氧化酶結(jié)合，固定到玻碳電極表面，再覆蓋一層殼聚糖，制成過氧 化氫生物傳感器。此生物傳感器的檢測下限是0 .lgM，線性范圍是1.0（第3章）（3）利用層柱狀化合物0【.磷酸鋯作電化學(xué)研究的基體，是因其具有良好 的親水性，且它的層狀結(jié)構(gòu)可以插入小到質(zhì)子、大到蛋白質(zhì)的分子。加之該無機(jī)化 合物具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性，有較大的比表面積和表面電荷密度等優(yōu)點， 適合蛋白

4、質(zhì)的固定。本文在室溫、中性條件下，將葡萄糖氧化酶插入到層柱狀化合 物a.磷酸鋯中，再用殼聚糖分散、固定到電極表面，制成葡萄糖傳感器。該傳感 器對葡萄糖的響應(yīng)快速靈敏，線性范圍為0. 0 1mM2 0.0mM，相關(guān)系數(shù)為0. 9 9 6，斜率為4.74"AmM，檢測下限為0. 01mM （第4章）。關(guān)鍵詞：電化學(xué)傳感器；納米線陣列；酶；石墨烯；磷酸鋯；葡萄糖；過氧 化氫IIAbstractElectrochemicalbiosensorshavevaluableapplicationsinchemistry，biology，e nvironmentalscience，foodindus

5、try，and medicinebecauseofitsexcellentselecti vity，highsensitivity,rapidresponse,lOWc ost,continuousdetection,easytobeminiaturized ? Nanostructuredmat erialsareattractiveinthedevelopementofbi osensorsduetotheirnoveloptical,elect rical,electrocatalyticandbiocompatibleproperties.Theperf lormanceofthere

6、sultingbiosensorscoul dbegreatlyimprovedwiththeapllicationofnanomaterial s.Inthisthesis,nanomaterialswithdiff erentmorphologiesweresynthesizedusingdifferentbiosensors.Thedevelopedsensitivity,lowdetectionfollows:methodsandappliedforthebiosensorsfoeglucoseandlimitandrapidresponse.preparationofelectr o

7、chemicalhydrogenperoxideshowhighThe detailsaredescribedas(l)Thelargesurfaceareaofthesenanos tructurescanincreasetheamountofenzvm eloadingandprovideafriendlymicroenvironmentfortheenz ymes.Itwouldbeasignificantadvancemen tifperpendicularlyalignednanowirescouldbeformedassensingmat erialsbecausethewell.

8、definedsurfacecouldfacilitateenzyme°substratecon tactandimprovetheperformanceoftheres ultingbiosensor.Rutheniumpurplenanow irearray(RPNWA)wassynthesizedusingapolycarbonate(PC) membraneternplateviaadirectelectrodepositiontechniqueOntheglassycarbonelectrode(GCE).TheRPNWAelectrodeaspreparedwasdemo

9、nst ratedtohavehighcatalyticactivityfort heelectrochemicalreductionofhydrogen peroxideat ? O.lVinneutralmedia ? Throug hthecrosslinkingofglucoseoxidase(GOx)onthenanoeleetrodearra ysurface,abiosensorforglucoseisconst ructed.Theresultsshowthatthebiosenso rdisplaysrapidresponseandexpandedlinearresp ons

10、erangebesidesexcellentrepeatabilityandst ability(inchapter2).(2)Recently,graphenehasbeenconside redasaverypromisingcarbonmaterlalthat attracsenormousinterest.Duetothespecifictwodimensionalstructureof graphene,theelectronsingrapheneobeya lineardispersionrelationandbehavelik emasslessrelativisticparti

11、cles,resu ltingintheobservationof canninganumber pertiessu ansportvi ndunusual tproperti (GR)wassyofverype chastheq arelativ electron es.Inpre nthesizeculiarelec uantumHall isticDirac icandrobus sentstudy, dbychemicatroniepro effect,tr fermionsa ttranspor grapheme lmethod.Selectronmicroscopy(SEM).X.

12、raydiffraction(XRD),UVandFTIRspectrawereemployedtocharacterizelllthegraphene.Byusinglayer bylayerassemblymethod,graphemeandhorseradishperoxidase(HRP)werealternatelyassembledintomultilayerfilms.TheHRP GRsmultilayerstructureswerethenimmobilizedontheglassycarbonelectrodesurfacefollowedbythecoatingwithc

13、hitosan(CHIT).ThebiosensorexhibitedanidealresponsebehaviortohydrogenperoxidewithadetectionlimitofO.lpMandalinearrangeofl.OpM2.6mM(inchapter3).(3 )位 一ZrPisawell characterizedlayeredmaterialwithhydrophilichydroxylfunctiongroupspresentonitstwo dimensionallamellarsurface.TheadvantagesofaZrPforproteinimm

14、obilizationarethatthehosthasalayeredstructureandcanbereadilyexpandedtoaccommodateguestmoleculesofvarying sizesrangingfromprotonstoproteins.Al so,aZrPisthermallystableandchemicallyinertinneutral/ acidicmedia.Inadditioal,a ZrPprovide salargesurfaceareauponexfoliationofthelamellaeandaffordsanionicsurf

15、acesforproteinbinding.Intheprsentpap er,afacileprotocolwasdescribedforimm obilizingglucoseoxidaseintheinterlay erregionsofthelayeredO 一zirconiumphosphate(O【一ZrP)underambientcondi tionsatpH7.O.Then,theGOx/a ZrPscomplexaspreparedweredispersedinch itosanandimmobilizedontheglassycarbo nelectrodesurface.

16、Thebiosensorcouldb eusedforthedetectionofglucose,andthe linearrangewasO.OlmMz 2O.OmMwitharelatedcoefficientwasO.996.Thesensitivitywas4.74 AmMolandthedetectionlimitwasO.OlmM(inchapter4).KeyWords:Electrochemicalsensor;Nan owirearray;Enzyme;Graphene;a Zirconiumphosphate;Glucose;Hydro genperoxidelV湖南大學(xué)學(xué)

17、位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研 究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體 已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文 中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：運 立京日期：乒岬年名月多日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留 并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本 人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可 以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制

18、手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1.保密口，在年解密后適用本授權(quán)書。2 不保密團(tuán)。（請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打”/”）作者簽名：導(dǎo)師簽名：日期：A年 月r日日期：夕卻年 月fEt碩上學(xué)位論文1.1生物傳感器簡介第1章緒論傳感器是信息科學(xué)的組成部分，是獲取自然信息的一個重要工具，是真實反映 客觀事物的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其性能直接影響人們的判斷結(jié)果【I】。各種各樣的物理和 化學(xué)傳感器已廣泛應(yīng)用于各種自動控制和檢測過程，如檢測溫度、pH值、溶解 氧、二氧化碳、壓力、流量和粘度等12】。生命科學(xué)在2 0世紀(jì)取得了巨大的進(jìn)展和成就，21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)， 也是信息科學(xué)的世紀(jì)。生命科學(xué)以生物的生命過程為研究

19、對象，是生物、化學(xué)、醫(yī) 學(xué)和電子信息技術(shù)等多學(xué)科相互滲透綜合成長起來的交叉學(xué)科。生物傳感器正是應(yīng) 生命科學(xué)和信息科學(xué)的需要而發(fā)展起來的，目前生物傳感器已經(jīng)從化學(xué)傳感器中分 離出來，作為傳感器的一個獨立分支。生物傳感器由于具有較高的選擇性和靈敏 度，得到了廣泛的關(guān)注，已發(fā)展成為現(xiàn)代生物技術(shù)的重要研究領(lǐng)域之一。特別是近 2 0年來，生物傳感器作為直接或間接檢測生物分子、生理或生化過程相關(guān)系數(shù)的 分析器件，與傳統(tǒng)的化學(xué)傳感器和離線分析相比，具有操作簡便、響應(yīng)速度快、樣 品需要量少、可微型化、價格低廉、可以實現(xiàn)連續(xù)在位檢測，同時還利于計算機(jī)數(shù) 據(jù)收集和處理等特點，在分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)檢驗、食品工業(yè)、環(huán)境

20、檢測以及國防軍 事方面有著廣泛的應(yīng)用3 7J。1.1.1生物傳感器的工作原理生物傳感器（Biosensor）是用生物活性材料與物理化學(xué)換能器相結(jié) 合的一種生物物質(zhì)敏感器件。以生物活性物質(zhì)作為主要功能性元件（生物敏感基 元），能夠感受到特定的靶分子而產(chǎn)生特定的生物化學(xué)信號感知，并按照一定規(guī)律 將這種感知轉(zhuǎn)換成可識別信號（相應(yīng)的物理化學(xué)信號）的器件或裝置【8,9】。 它一般由分子識別部分（感受器）和信號轉(zhuǎn)換部分組成。其中分子識別部分用來識 別測定對象，是產(chǎn)生物理或化學(xué)變化的重要部位，是具有分子識別能力，并且直接 和待測物質(zhì)接觸的生物活性物質(zhì)，能夠接收或產(chǎn)生生物傳感信號。大多數(shù)生物活性 材料如酶、抗

21、體、組織切片、細(xì)胞、細(xì)胞器、細(xì)胞膜、核酸、有機(jī)物分子等都可用 于構(gòu)建分子識別組件。而信號轉(zhuǎn)換部分則能把在分子識別部分產(chǎn)生的物理、化學(xué)變 化轉(zhuǎn)換成可識別的信號，主要有電化學(xué)、光學(xué)檢測元件，熱敏電阻，場效應(yīng)晶體 管，壓電石英晶體及表面等離子共振器件等。生物傳感器的選擇性取決于它的生物 敏感元件，而其它性能則和它的整體組成有關(guān)。它決定著傳感器的好壞和靈敏度的 高低。在生物體中，有許多具有分子識別功能的物質(zhì)，能識別一些特定的物質(zhì)，并納米材料的制各及其在乜化學(xué)生物傳感器中的戍用與之相結(jié)合形成復(fù)合物。當(dāng)待測物質(zhì)與分子識別元件特異性結(jié)合后，通過轉(zhuǎn)換 器將所產(chǎn)生的反應(yīng)結(jié)果（形成復(fù)合物或產(chǎn)生光、電、熱、聲等）轉(zhuǎn)

22、變?yōu)榕c待測物濃 度有關(guān)的電信號或光信號輸出，通過電子系統(tǒng)處理和顯示，從而達(dá)到分析檢測的目 的。1.1.2生物傳感器的分類生物傳感器的研究始于2 0世紀(jì)6 0年代初，隨著傳感技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、微 機(jī)械加工技術(shù)、生物工程技術(shù)和生物電子學(xué)的發(fā)展，各種類型的生物傳感器相繼問 世。生物傳感器的分類方法多種多樣，一般按照以下兩方面進(jìn)行分類：按生物敏感 材料分類法和按轉(zhuǎn)換器件分類法。按生物敏感材料分類，生物傳感器可分為：酶傳 感器、免疫傳感器、適體傳感器、DNA傳感器、微生物傳感器、組織傳感器、細(xì) 胞傳感器、分子印跡傳感器等；按轉(zhuǎn)換器件分類，生物傳感器則可分為：電化學(xué)生 物傳感器、熱生物傳感器、光化學(xué)生物傳

23、感器、半導(dǎo)體生物傳感器、聲生物傳感器 等【10,11】。其中，電化學(xué)生物傳感器占有重要的位置。特別是近年來，電 化學(xué)生物傳感器的研究工作取得了巨大的進(jìn)步，其性能和種類也得到了很大的發(fā) 展。1.2電化學(xué)生物傳感器電化學(xué)生物傳感器是最早問世的生物傳感器。20世紀(jì)60年代，Clark 和LyonsllzJ首次提出使用含酶的膜把尿和葡萄糖轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，使用pH 電極或者氧電極來檢測的設(shè)想；在1 967年，Updike和H icks1 3】把含有葡萄糖氧化酶的聚丙烯酰胺凝膠膜固定到氧電極上制備了第一支葡萄糖 傳感器，開創(chuàng)了電化學(xué)生物傳感器的歷史。以生物活性物質(zhì)為敏感基元，以電化學(xué) 電極為信號轉(zhuǎn)換器，以電位

24、、電流或者電容為特征檢測信號的生物傳感器稱為電化 學(xué)生物傳感器(ElectrochemicalbioSeasor)141。電化學(xué)檢測技術(shù)靈敏、快速、成本低廉，而且檢測裝置輕便、低能耗且易于微 型化和集成化。因此，電化學(xué)生物傳感器具有靈敏度高，易微型化，能在復(fù)雜體系 樣品中進(jìn)行檢測等優(yōu)勢。且電化學(xué)生物傳感器在商業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域也處于重要地位， 已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療保健、食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)和環(huán)境等領(lǐng)域1畐嘰需要指出的是，由于電化學(xué)檢測技術(shù)涉及到復(fù)雜的界面問題，因而電化學(xué)生物 傳感器目前尚不如基于光學(xué)檢測技術(shù)的生物傳感器發(fā)展成熟。然而可以看到，以分 子自組裝技術(shù)(Self assemblymonolayer)為

25、代表的界面 分子設(shè)計l6,17J和以掃描探針顯微鏡(SPM)為代表的界面納米分析技 術(shù)18】的成熟和發(fā)展為電化學(xué)生物傳感器提供了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。與此相 應(yīng)，近幾年電化學(xué)生物傳感器的最新成果不斷出現(xiàn)在頂級學(xué)術(shù)刊物上。根據(jù)歷屆世 界生物傳感器學(xué)術(shù)大會發(fā)表的論文統(tǒng)計，可以看到關(guān)于電化學(xué)生物傳感器的論文仍 然占有很大的比例。碩Ij學(xué)位論文1.2. 1電化學(xué)生物傳感器的原理電化學(xué)生物傳感器一般采用固體電極作基礎(chǔ)電極，將生物敏感分子固定在電極 表面，通過生物分子間的特異性識別作用，生物敏感分子能選擇性地識別目標(biāo)分子 并將目標(biāo)分子捕獲到電極表面，基礎(chǔ)電極作為信號轉(zhuǎn)換器將電極表面發(fā)生的識別反 應(yīng)信號導(dǎo)出，

26、變成可以測量的電信號如電流、電位或者電容等，從而實現(xiàn)對分析目 標(biāo)進(jìn)行定量或定性分析的目的。它的核心部件是檢測器，主要由兩部分組成：一是 生物敏感元件，由對被測定的物質(zhì)(底物)具有高選擇性分子識別功能的材料膜構(gòu) 成；二是轉(zhuǎn)換器，它能把膜上進(jìn)行的生化反應(yīng)中消耗或生成的化學(xué)物質(zhì)信息轉(zhuǎn)換成 電信號，電信號經(jīng)過電子信息技術(shù)的處理在儀器上顯示并記錄下來，還可以進(jìn)一步 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。電化學(xué)生物傳感器的基本結(jié)構(gòu)如圖1.1所示：生物敏感元件峨電腦圖1.1電化學(xué)生物傳感器的基本結(jié)構(gòu)圖1.2.2電化學(xué)生物傳感器的分類生物傳感器是由生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、電化學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)及電子技術(shù)等多學(xué)科相互 滲透而產(chǎn)生的一種分析檢測

27、裝置【19 1。它是以生物化學(xué)和傳感技術(shù)為基礎(chǔ)，用 酶、抗體、細(xì)胞等生物活性物質(zhì)作為生物敏感元件，配上信號轉(zhuǎn)換器和電子測量儀 所構(gòu)成的分析工具。樣品通過擴(kuò)散作用進(jìn)入生物敏感元件，經(jīng)分子識別，然后與生 物敏感元件發(fā)生特異性結(jié)合，其生物化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的生物學(xué)信息通過信號轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)化為光信號或電信號，再通過儀表放大和輸出，即達(dá)到檢測的目的120 1。進(jìn) 入8 0年代，生物傳感器隨著生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、電化學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)及電子技術(shù)等科 學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來，成為分析化學(xué)學(xué)科研究中最為活躍的領(lǐng)域之一。而電化 學(xué)傳感器因其檢測快速、方便、價格低廉等特點，也得到了迅速的發(fā)展。納米材料的制備及其在電化學(xué)生物傳感器

28、中的應(yīng)用電化學(xué)生物傳感器按不同的生物敏感元件分為酶電極傳感器、微生物電極傳感 器、電化學(xué)免疫傳感器、組織電極與細(xì)胞器電極傳感器、電化學(xué)DNA傳感器f 2 其中尤以固定化酶為基礎(chǔ)的電化學(xué)生物傳感器發(fā)展最為迅速2 2塒】。1.3電化學(xué)酶傳感器酶是一類具有生物催化活性的蛋白質(zhì)，對相應(yīng)底物具有高效的催化轉(zhuǎn)化能力。 酶不僅具有催化反應(yīng)、加快反應(yīng)速度的作用，而且還具有高度的專一性（特異性選 擇）。正是由于這些特點和能力，使得它被非常廣泛的應(yīng)用于各類化學(xué)分析上。電化學(xué)酶傳感器又稱酶電極，是最早研發(fā)的一種電化學(xué)生物傳感器。早在19 62年，C1ark與Lyons12】等人就設(shè)想了把酶和電極結(jié)合起來檢測 酶的底

29、物，提出了葡萄糖傳感器的原理。他們預(yù)示用一薄層葡萄糖氧化酶覆蓋在氧 電極表面，通過氧電極檢測溶液中溶解氧的消耗量可以間接測定葡萄糖的含量。到1 9 6 7年，世界上第一支酶電極由Updike與H icks（13】研制出來 用于血清中葡萄糖含量的測定。從此，酶傳感器引起廣大科學(xué)工作者的重視，并進(jìn) 行了廣泛研究，得到了迅速發(fā)展。目前，葡萄糖傳感器作為一種快速、簡便、準(zhǔn)確 測定葡萄糖的工具，已得到1臨床的廣泛應(yīng)用。1.3. 1電化學(xué)酶傳感器的分類按測量信號的不同，電化學(xué)酶傳感器可分為電流型酶傳感器、電位型酶傳感器 和電導(dǎo)型酶傳感器。電流型酶傳感器是利用固定在電極表面上的酶對酶相應(yīng)的底物 進(jìn)行催化氧化

30、或還原，以酶促反應(yīng)所引起的物質(zhì)量的變化轉(zhuǎn)變成電流信號輸出，輸 出電流的大小直接與底物的濃度有關(guān)【2 5,2 6 。電位型傳感器是基于離子選 擇性電極原理而發(fā)展起來的，固定到電極表面的酶對底物進(jìn)行催化，產(chǎn)生離子型物 質(zhì)，能引起指示電極電位的改變（即酶電極與參比電極間輸出的電位信號），電位 變化與被測物質(zhì)之間服從能斯特方程關(guān)系【2 7 1。電導(dǎo)型傳感器是利用在酶促反 應(yīng)中，體系反應(yīng)前后電荷的改變引起的電導(dǎo)的改變。利用電導(dǎo)的改變值與底物濃度 （或酶活性）的關(guān)系，即可測定待測底物（或酶）的含量。電流型傳感器與電位型 傳感器相比較具有更簡單、直觀的效果。電流型酶傳感器是生物傳感器領(lǐng)域中研究 較多，且靈敏

31、度較高的一種類型的電化學(xué)生物傳感器lz扣3zj01.3.2電化學(xué)酶傳感器的原理電化學(xué)酶傳感器的基本結(jié)構(gòu)單元由生物敏感分子（固定化酶膜）和信號轉(zhuǎn)換器（基礎(chǔ)電極）組成【3 3 1。固定化酶膜可以選擇性識別被檢測物質(zhì)，發(fā)生酶促反 應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)信號，基礎(chǔ)電極將化學(xué)信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺瑥亩_(dá)到檢測的目的。基 礎(chǔ)電極可采用碳質(zhì)電極（玻碳電極、碳糊電極等）、金屬電極（金電極、鉑電極 等）及相應(yīng)的修飾電極【3 4,351。當(dāng)酶電極浸入到被測溶液中，待測底物進(jìn) 入酶層的內(nèi)部碩L.學(xué)位論文參與反應(yīng)，大部分酶反應(yīng)都會產(chǎn)生或消耗一種可被電極測定的物質(zhì)，當(dāng)反應(yīng)達(dá) 到穩(wěn)態(tài)時，電活性物質(zhì)的濃度可以通過電位或電流模式進(jìn)行測定3

32、 6,3 7 。 一個優(yōu)良電化學(xué)酶傳感器的主要性能體現(xiàn)在靈敏度、選擇性、重現(xiàn)性和穩(wěn)定性上。 在酶固定化技術(shù)上，不僅要滿足可以保持酶的良好生物活性，進(jìn)而獲得較高的靈敏 度；而且固定化層要有良好的穩(wěn)定性及耐用性并且要保證較快的響應(yīng)速度；還要保 持酶的高度選擇性，盡量減少其他活性物質(zhì)的干擾【3 8o40o13.3酶的固定化方法在電化學(xué)生物傳感器的構(gòu)建過程中，采用一種合適的固定化方法將生物分子固 定到電極表面，形成穩(wěn)定的、高活性的生物敏感分子膜，對于生物傳感器的性能具 有非常重要的影響。目前，常用的酶的固定化方法主要有以下幾種：吸附法、包埋 法、組合法、交聯(lián)法、共價鍵合法等【4 1.431。(1) 吸

33、附法：主要是利用氫鍵、范德華力、離子鍵以及靜電作用力等將生物 分子與載體結(jié)合，從而將生物分子固定在傳感器界面。這種方法由于不需要使用其 他化學(xué)試劑，也不需要采取活化、洗滌等步驟，因而能最大限度地保持酶的生物活 性。吸附法主要包括物理吸附法【4 4 1、靜電吸附法14 5 等。物理吸附法即 將含有酶的溶液滴在電極表面，溶劑自然揮發(fā)、晾干。此法簡單，操作條件溫和， 但由于生物分子與固體表面結(jié)合力弱，易泄露或解脫，穩(wěn)定性較差【4 6oo(2) 包埋法：是將生物分子包裹在高分子三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，形成穩(wěn)定的 生物組分敏感膜。由于該方法一般不采用化學(xué)修飾，固定化條件比較溫和，因而對 生物組分的活性影響比

34、較小。而且膜的孔徑和幾何形狀可以任意控制，可實現(xiàn)高濃 度生物組分的固定。目前，常用的包埋方法有聚合物包埋法【4卜4 9 1、電聚合 物包埋法【5 0 5 3 1、溶膠一凝膠包埋法【54，551等。(3) 組合法：是酶和電極材料簡單的混合以制備固定化酶電極的一種方法。最典型的是酶碳糊電極【561(4) 交聯(lián)法：是利用雙功能官能團(tuán)試劑，使生物分子彼此共價結(jié)合成網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)的方法。最常用的雙功能試劑是戊二醛。交聯(lián)法存在的問題是生物膜與電極的結(jié) 合力不強(qiáng)，穩(wěn)定性較差。(5) 共價鍵合法：通過共價鍵將生物分子與電極表面結(jié)合來進(jìn)行固定的方 法。這種固定化方法通常需要先在電極表面修飾上一些活性基團(tuán)，如羧基、氨

35、基、 羥基等，再通過這些活性基團(tuán)與生物分子形成共價鍵，達(dá)到將生物分子固定到電極 表面的目的，即通過共價鍵將酶直接結(jié)合到電極表面【5 7,5 8 】。其主要方法 有單層膜共價固定法【59刮】、聚合物膜共價固定法【62斟】、交聯(lián)共聚法等【6 5 6 8 1。共價鍵合法的優(yōu)點是酶結(jié)合牢固，穩(wěn)定性好。1.3.4電化學(xué)酶傳感器的發(fā)展階段與趨勢到目前為止，酶傳感器的研究發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：第一代酶傳感器以自然界存在的氧作為媒介體來溝通酶與電極之間的電子通 道，直接檢測酶的反應(yīng)底物的減少或產(chǎn)物的生成。這種酶傳感器工作電位一般比較 高，干擾比較大。為了降低工作電位，減少干擾，出現(xiàn)了第二代酶傳感器16弘化 J:

36、加入某種電子媒介體來代替氧溝通酶的活性中心與電極之間的電子通道，通過 檢測媒介體的電流變化來反映底物濃度的變化。這種酶傳感器應(yīng)用比較廣泛，可不 受測定體系的限制，測量濃度線性范圍較寬，干擾少。電子媒介體是指承擔(dān)著使生 物活性物質(zhì)的活性中心再生的任務(wù)，其本身則被還原，在給定電位下，能在電極上 再次氧化的有機(jī)分子【7 3 1。一般電子媒介體具有良好的氧化還原可逆性和較低 的式量電位。目前大多將其修飾于電極上。電子媒介體在電極上的固定也很關(guān)鍵， 電子媒介體的流失會對傳感器的靈敏度影響很大。不同的酶、媒介體、電極，固定 的方法不同，效果也不同。目前用于生物傳感器研究的電子媒介體可分為小分子媒 介體和高

37、分子媒介體。小分子媒介體包括：二茂鐵及其衍生物，染料類，醌及其衍 生物，四硫富瓦烯及其衍生物和導(dǎo)電有機(jī)鹽等。高分子媒介體主要包括變價過渡金 屬離子螯合物型高分子媒介體等。第三代酶傳感器【7 4 7 8 是無介體傳感 器，這種傳感器無需加入其他試劑，酶自身與電極之間能直接發(fā)生電子轉(zhuǎn)移。這是 一種非常理想的酶傳感器。前兩代的電化學(xué)酶傳感器均屬于間接的電催化，其最大 缺點是必須借助媒介體，因此傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜并在使用上具有較大的局限性。而第 三代酶傳感器克服了這一缺點，成為電化學(xué)酶傳感器研究的新方向。1.4納米材料由前面介紹可知，生物分子的固定化方法有很多，物理吸附、包埋等方法相對 于鍵合的方法在保持

38、生物分子活性方面很有優(yōu)勢，且其制備簡單。但是非鍵合的方 法仍然存在著生物分子溶解、泄露等缺點。因此，開發(fā)能夠保持生物活性的固載材 料是非常有意義的。研究表明，相對于有機(jī)材料來講，無機(jī)材料具有規(guī)整的結(jié)構(gòu)，可調(diào)節(jié)的孔結(jié) 構(gòu)，很好的機(jī)械穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性等優(yōu)良的性質(zhì)。因此，在開發(fā)固載材料上，無機(jī) 材料優(yōu)于有機(jī)材料。其中，納米無機(jī)材料由于在納米尺度下物質(zhì)中電子的量子力學(xué) 性質(zhì)和原子的相互作用將受到尺度大小的影響，因此納米無機(jī)材料具有許多普通無 機(jī)材料不可比擬的優(yōu)良性能，如具有比表面積大、表面反應(yīng)活性高、催化效率高、 吸附能力強(qiáng)等特性，可廣泛用于敏感分子的固定，信號的檢測和放大等方面。因 此，在生物傳感領(lǐng)

39、域，將納米無機(jī)材料用于生物傳感器的構(gòu)建，能夠有效改善傳感 器的性能。碩L學(xué)位論文1.4. 1納米材料的分類納米技術(shù)是20世紀(jì)80年代末90年代初發(fā)展起來的一門多學(xué)科交叉的新興 學(xué)科，它的發(fā)展開辟了人類認(rèn)識世界的新層次。其中，納米材料是納米技術(shù)的一個 重要部分，它是指三維空間尺度至少有一維處于納米量級（110 0nm）的材 料，它是由尺寸介于原子、分子和宏觀體系之間的納米粒子所組成的新一代材料。納米材料的分類方法很多，按照維數(shù)可以分為以下四類17 9 1:(1) 零維材料，指在空間三維尺度均屬于納米尺度的材料，如納米顆粒，原 子團(tuán)簇等；(2) 維材料，指在空間尺度有兩維處于納米尺度的材料，如納米

40、管，納米 線；(3)二維材料，指在空間尺度有一維是納米尺度的材料，如超薄膜，多層膜 等；(4)三維材料，指由零維、一維和二維材料為基本單元構(gòu)成的塊狀材料，其 空間尺寸均不在納米尺度。1.4.2一維納米材料一維納米材料的種類和形態(tài)是多種多樣的，大致可以將其分為以下四類：納米 管、納米帶、納米電纜和納米線。作為一維納米材料的成員之一，納米線因其優(yōu)異 的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)及力學(xué)性能，在選擇性催化、分子識別、超高純度分離、生物 傳導(dǎo)材料、分子器件和芯片等新功能材料的開發(fā)中顯示出誘人的應(yīng)用前景，近年來 成為納米材料研究的熱點so 82。目前，研究工作者們已將目光從無序納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向了有序納米結(jié)構(gòu)以及納米陣

41、列的研究。有序納米陣列是指在一定范圍內(nèi)具有一定排布規(guī)律，有序穩(wěn)定的納米結(jié) 構(gòu)，可以是單層膜，也可以是多層膜。有序納米陣列能使納米材料各方面的性質(zhì)得 到充分發(fā)揮，使生物分子更有效的修飾到納米材料上，同時有序納米陣列具有許多 無序納米結(jié)構(gòu)所不具有的光學(xué)、電學(xué)以及催化方面的特性。有序納米陣列的制備主 要有以下兩種方法：自組裝法和模板法。(1) 白組裝法：是指不借助外部作用力，通過弱的非共價鍵(如氫鍵、范德 華力)之間的協(xié)同作用使納米粒子或大分子連接在一起，自發(fā)的在基底表面形成納 米結(jié)構(gòu)薄膜，可以是單層膜或多層膜°Taleb等【83J將毓基保護(hù)的Ag納 米粒子分散在正己烷中，將已噴碳的銅網(wǎng)置

42、于上述溶液中3h后，得到了致密、有 序的結(jié)構(gòu)°Ast等f84J報道了將聚苯乙烯溶于甲苯溶液中，然后加入銀納米 顆粒，超聲使之分散，再取出部分溶液置于水面上，等甲苯蒸發(fā)后，得到有序的納 米結(jié)構(gòu)薄膜。（2）模板法：是利用某些多孔材料為模板（多孔陽極氧化鋁膜、聚碳酸酯 膜、多孔硅、介孔沸石等），通過電化學(xué)交流沉積、化學(xué)氣相沉積等方法在模板中 沉積金屬、半導(dǎo)體、碳等物質(zhì)，而得到有序的納米結(jié)構(gòu)材料的方法。早在1 9 8 5 年，C.R.Marti 口等【851就采用含有納米微孔的聚碳酸酯膜（PC） 過濾膜作為模板通過電納米材料的制符及je作I乜化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用化學(xué)聚合合成導(dǎo)電聚吡咯的基礎(chǔ)

43、上提出了納米材料的模板合成法。隨后以多種 多孔模板作為模板，制備了一系列的一維納米材料8 6,8 7 】。模板法可以同 時解決顆粒尺寸、形狀控制以及分散穩(wěn)定性的問題，已迅速發(fā)展成為制備納米線和 納米管的一種十分重要的途徑。模板法根據(jù)其自身的特點和限域能力的不同可分為軟模板和硬模板兩種。軟模 板主要指兩親分子形成的各種有序聚合物。如液晶、膠團(tuán)、微乳液、囊泡、自組裝 膜以及高分子的自組織結(jié)構(gòu)和生物大分子等；硬模板主要指一些具有相對剛性結(jié)構(gòu) 的模板，如陽極氧化鋁膜、多孔硅、分子篩、膠態(tài)晶體、碳納米管和限域沉積位的 量子阱等。用作模板的材料主要有兩種：多孔陽極氧化鋁模板及痕跡刻蝕聚合物模 板。多孔陽極

44、氧化鋁模板孔徑小，孔密度高，制備工藝簡單，對環(huán)境和設(shè)備條件要 求不高。可大大減少環(huán)境污染，降低成本【8 8，89】。聚碳酸酯膜模板是所有 聚臺物膜模板中使用最廣的一種，已有許多商業(yè)產(chǎn)品。其柱狀孔不傾斜，孔與孔之 間獨立，能制備出高度有序的一維納米線陣列。并且，納米線的直徑幾乎是膜的孔 徑，長度與膜厚相當(dāng)，因此可通過調(diào)節(jié)膜的結(jié)構(gòu)，制各出不同尺寸的納米線陣列。幾種基于模板的合成方法有：電化學(xué)沉積法、溶膠一凝膠沉積法、無電沉積 法、化學(xué)氣相沉積。電化學(xué)沉積法是在外加電壓下，通過電化學(xué)沉積，使材料定向 生長進(jìn)入模板的納米孔洞中，模板的孔壁將限制納米材料的尺寸。在電沉積過程 中，沉積層的形成包括兩個過程

45、：晶核的生成和晶核的成長。納米材料的電沉積方 法包括直流法、脈沖法、復(fù)合聚合和噴射法。脈沖電沉積又稱為恒電位控制和恒電 流控制過程，可以通過電位、波形參數(shù)，從而獲得具有一定特性的納米材料。以聚 碳酸酯膜為模板，通過電沉積方法制備納米材料是把聚碳酸酯膜模板固定到基底電 極上，置于電解液中，根據(jù)所制備材料選擇合適的電沉積電位，把金屬、合金以及 金屬氧化物沉積到孔中就可得到排列整齊的納米線陣列。另外，通過物質(zhì)熱解法也 可以在模板中得到納米線。H ursthousc等【90】采用溶劑熱法合成了 一種一維鏈狀氟磷酸鋯。用多孔氧化鋁模板和多孔聚碳酸酯模板法制備的納米線的 直徑和長度的可控性好，通過調(diào)整模板

46、的厚度和孔徑大小就能制備具有不同直徑、 不同長度的納米線。在制備納米線的眾多方法中，模板法是發(fā)展較快、應(yīng)用較廣的一種。其優(yōu)越性 是其他方法所不能取代的。此法突出的優(yōu)點就是可以制備納米線陣列。1.4.3 二維納米材料關(guān)于準(zhǔn)二維晶體的存在，科學(xué)界一直存在爭議。早在1 9 3 4年P(guān)cierl s等一1J就認(rèn)為準(zhǔn)二維晶體材料由于其本身的熱力學(xué)不穩(wěn)定性，在室溫環(huán)境下會 迅速分解或拆解。1 9 6 6年Mcrmi n和Wagner921提出Mcrm inWagnert里論，也聲稱不存在二維晶體碩I:學(xué)位論文材料。直至U 2 0 0 4年，英國曼徹斯特大學(xué)的物理學(xué)教授Geim等【93用一種極為簡單的方法剝

47、離并觀測到了單層的石墨烯晶體，證明了準(zhǔn)二維晶體 的存在，引起了科學(xué)界新一輪的納米材料熱潮。石墨烯(單層石墨碳原子層)是準(zhǔn)二維結(jié)構(gòu)的碳材料。單層石墨碳原子層是指 一個碳原子層厚度的石墨，C.C間依靠共價鍵相連接的蜂窩狀結(jié)構(gòu)層°Part oens等【941研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)石墨層的層數(shù)少于10層時，會表現(xiàn)出較普通三 維石墨不同的電子結(jié)構(gòu)。因此將10層以下的石墨材料(Graphene和Fe wlayergraphenes )統(tǒng)稱為石墨烯材料(Graphenes)。 石墨烯材料的理論比表面積高達(dá)2 6 0 0 mz/g，具有突出的導(dǎo)熱性能和力學(xué)性 能，及室溫下高速的電子遷移率【9孓吵7 1。石墨烯

48、的特殊結(jié)構(gòu)，使其具有完美 的量子隧道效應(yīng)、半整數(shù)的量子霍爾效應(yīng)和從不消失的電導(dǎo)率等一系列性質(zhì)【9 8 硼11,引起了科學(xué)界的巨大興趣，石墨烯已經(jīng)掀起一股研究的熱潮1 0 2,1 0 3】。石墨烯是單層結(jié)構(gòu)，具有很大的比表面積，但是石墨烯層與層之間由于分子間 作用力的作用趨向于形成高聚物。而石墨烯的很多特性都是因其具有單層結(jié)構(gòu)，如 果形成高聚物就不能表現(xiàn)出其獨特的性質(zhì)。因此，在制備石墨烯時，防止高聚物的 形成是非常重要的。一般通過共價鍵的修飾來防止高聚物的形成。制備石墨烯的方法有多種多樣，包括插層法、氧化還原法、微機(jī)剝離法和沉積 法。(1) 插層法：將石墨層與層之間插入一些非碳質(zhì)的原子、分子、離

49、子甚至原 子團(tuán)，使石墨層與層之間的距離增大，這樣可以削弱層間的作用力，再經(jīng)過進(jìn)一步 的剝離制成石墨烯。G.Chcn等【1 04，105 早期采用超聲波粉碎經(jīng)過 酸插層的膨脹石墨，首次大量制備出厚度幾十納米的納米石墨微片。Shioya ma等1 06J用聚合物對石墨插層復(fù)合物進(jìn)行二次插層，剝離制備出了納米石 墨。但是因為該方法的不可控性，無法保證充分有效的插層，從而對進(jìn)一步的剝離 產(chǎn)生影響。并且插入法往往需要加入過量的強(qiáng)酸堿進(jìn)行插層，而這會使部分石墨氧 化，破壞石墨的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致石墨片原有的物理和化學(xué)性能受到影響，特別是石墨的 導(dǎo)電性將受到很大的影響。(2) 氧化還原法：研究表明氧化的石墨由于其層

50、間含有大量的官能團(tuán)，容易 與一些化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，得到改性石墨。而這種氧化石墨的有機(jī)改性也可使氧化 石墨表面由親水性變?yōu)橛H油性、表面能降低，從而提高與聚合物單體或聚合物之間 的相容性。氧化石墨經(jīng)過適當(dāng)?shù)某暡ㄕ鹗幪幚順O易在水溶液或者有機(jī)溶劑中分散 成均勻的氧化石墨烯溶液。Schniepp等1 071用強(qiáng)氧化劑將鱗片石墨 充分氧化。氧化石墨片層間和邊沿有大量的含氧基團(tuán)。通過迅速加熱產(chǎn)物，使得片 層間產(chǎn)生巨大壓力，其含氧基團(tuán)產(chǎn)生二氧化碳將石墨片層與片層剝離開，制得單層 氧化石墨。2006年Stankovich等f10弘110】研究了石墨的改 性和還原。先將鱗片石墨氧化再用水合聯(lián)氨進(jìn)行還原。在還原過

51、程中使用聚合物對 氧化石墨層表面進(jìn)行包裹，避免了團(tuán)聚，從而制備出了在聚苯乙烯磺酸鈉包裹的改 性氧化石墨單片水溶液°Li等【111】納米材料的制備及其在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用在Stankovich等研究的基礎(chǔ)上，通過控制石墨層間的靜電力，制備 出了在水中穩(wěn)定分散的石墨烯溶液。通過將改性氧化石墨烯還原，制備出了大量的 石墨烯。雖然經(jīng)過強(qiáng)氧化劑完全氧化過的石墨并不一定能夠完全還原，導(dǎo)致其一些 物理、化學(xué)等性能的損失，尤其是導(dǎo)電性，但是這種方法簡便且成本較低，可以制 備出大量的石墨烯。(3) 微機(jī)械剝離：Geim等【931于2004年用一種極為簡單的方法 一一微機(jī)械剝離法(Micromcc

52、hanicalcleavage)成功地 從高定向熱解石墨上剝離并觀測到單層石墨烯。顯然，此方法不能滿足工業(yè)化的要 求。(4) 沉積法：化學(xué)氣相沉積法(Chemicalvapordepositio n)是一種應(yīng)用最廣泛的大規(guī)模工業(yè)化制備半導(dǎo)體薄膜材料的方法°Sri vastava等【1121采用微波增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法，生長出了20nm左 右厚度的花瓣狀的石墨片。Heer等【1”】將SiC置于咼真空、咼溫下，使SiC薄膜中的Si原子蒸發(fā)出來，生成連續(xù)的二維石墨烯薄膜。此法可以制備大 面積的性能優(yōu)良的石墨烯，然而，現(xiàn)階段工藝并不成熟加上成本比較高，使此法的 大規(guī)模應(yīng)用受到限制。石墨烯由于其

53、特殊的二維結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出優(yōu)越的性能，使其在納米復(fù)合材料，微 電極器件和超靈敏傳感器等方面有廣闊的發(fā)展前景【114。1161。1.4.4三維納米材料近幾年，新型納米材料的研究涉及到凝聚態(tài)物理、化學(xué)、材料學(xué)和生物學(xué)等諸 多學(xué)科，多學(xué)科相互滲透，形成了新的學(xué)科生長點，從而合成了許多全新的納米材 料 L117 1。在各種各樣的納米材料中，一類具有納米級層間距的層狀化合物(Layer edsolids )如：石墨、金屬磷酸鹽和膦酸鹽、金屬硫?qū)倩衔?、水滑石?陰離子和陽離子粘土、層狀氧化物以及鈣鈦礦等引起了廣泛關(guān)注。這類材料以其獨 特的插入反應(yīng)特性和豐富而優(yōu)異的物理和化學(xué)特性而呈現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景，使得

54、層狀化合物在科技和工業(yè)領(lǐng)域中成為國內(nèi)外研究的熱點。其中，四價金屬磷酸鹽是 近年來逐步發(fā)展起來的一類多功能材料，特別是，由于其結(jié)構(gòu)的規(guī)整性和可設(shè)計 性，它既具有象離子交換樹脂一樣的離子交換性能，有象沸石一樣的擇形吸附和催 化性能，具有較高的熱穩(wěn)定性和耐酸堿性能。層狀磷酸鋯的研究已經(jīng)取得了許多成 就，由于層狀磷酸鋯獨特的結(jié)構(gòu)特點，使它在嵌入領(lǐng)域中被高度重視【113J。在制備方法上，主要有以下幾種：回流法、模板合成法、氫氟酸和直接沉淀法 等。(1) 回流法：利用可溶性鋯鹽和磷酸或金屬磷酸鹽反應(yīng)可制得磷酸鋯膠狀沉淀，并在磷酸中進(jìn)行長時間回流，可制得層狀晶體化合物Q.ZrP? H20?；亓鞣ú僮骱唵?，對

55、儀器要求不高，制備得到的磷酸鋯晶體容易實現(xiàn)膠體化，有利于 層柱磷碩十學(xué)位論文酸鹽的制備°Liu 9】利用無機(jī)鋯鹽經(jīng)過兩步反應(yīng)，制得形狀規(guī)則、熱 穩(wěn)定性好的六角形磷酸鋯。(2) 模板技術(shù)：以表面活性劑分子聚集體為模板，通過前驅(qū)物種的堆砌、組 裝和定形，以及脫模處理來制備規(guī)整結(jié)構(gòu)的材料，通過表面活性劑分子聚集體和無 機(jī)物種之間的界面組裝過程實現(xiàn)對介觀圖式結(jié)構(gòu)的剪裁。(3) 氫氟酸和直接沉淀法：用氫氟酸和氫氧化鋯反應(yīng)形成配合物，由于配位 離解平衡的存在，鋯離子和磷酸反應(yīng)生成磷酸鋯沉淀°Alberti等【120】采用氫氟酸法制備出大晶粒的Ot.ZrP ? H20，此類方法由于制備過

56、程 簡單，易于控制，在介孔磷酸鋯的制備中得到廣泛的應(yīng)用。直接沉淀法：合成磷酸 鋯的原料是氧氯化鋯與磷酸。將氧氯化鋯水溶液和磷酸溶液按照磷酸鋯的化學(xué)組成 （2Zr02-P207 ）混合，兩者立即反應(yīng)生成白色乳膠狀沉淀，過濾后反復(fù) 沖洗，經(jīng)烘干、煅燒，即得雪白純凈的磷酸鋯粉體。層狀磷酸®（Layeredzirconiumphosphate ）不僅 具有層狀化合物的共性，而且還具備其它層狀化合物所不具備的個性【12 1,1 2 2】：（1）制備容易，晶形好：（2）不溶于水和有機(jī)溶劑，能耐強(qiáng)的酸度和 一定堿度，具有熱穩(wěn)定性和很強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，較高的化學(xué)穩(wěn)定性【12 0】；（3）有較大的比表面積

57、和表面電荷密度，是一種較強(qiáng)的固體酸，可以發(fā)生離子交 換反應(yīng)；（4）層狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在客體引入層間后仍然可以保持層狀結(jié)構(gòu)；（5） 層表面的.0H基團(tuán)可以被其它基團(tuán)（.OR或.R）置換，從而將磷酸鋯有機(jī)衍 生化，弓I入各種官能團(tuán)，因而可以根據(jù)需要選擇適合的基團(tuán)，同時可調(diào)整基團(tuán)的排 布和取向，這樣不僅可以改變層間表面的親水.疏水等性質(zhì)，創(chuàng)造有利于客體插入 的層內(nèi)環(huán)境而且可以改變主體材料的物理性質(zhì)；（6）在一定條件下，可發(fā)生剝層 反應(yīng)【1 2 31 2 5 1。磷酸鋯由于具有上述的優(yōu)異特性，并且還有豐富的磷酸鹽化學(xué)可以借鑒，這些都為在低溫條件、納米級尺寸下嵌入客體制備功能材料提供 了很大的靈活性而備受青

58、睞，研究和應(yīng)用十分廣泛。在分子識別、生物、光學(xué)、電 學(xué)、催化和嵌入科學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛的研究。作為層狀無機(jī)化合物家族的重要一 員，從磷酸鋯的發(fā)展可以了解層狀化合物的的發(fā)展現(xiàn)狀和未來，相信這類物質(zhì)必將 在材料科學(xué)和生物傳感技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)揮舉足輕重的作用。敏感界面的修飾及新型固定化材料的應(yīng)用和敏感膜的構(gòu)建方法是研制性能優(yōu)良 的生物傳感器的一些關(guān)鍵。近年來，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，各種納米材料在傳感器 領(lǐng)域的應(yīng)用也日趨廣泛。因此，利用納米材料來構(gòu)建各種生物傳感器是電化學(xué)生物 傳感器發(fā)展的一個重要趨勢。目前，國內(nèi)外大量的研究工作者對各種納米材料（如 碳納米材料、金屬納米材料以及半導(dǎo)體納米材料）在生物傳感器方面的應(yīng)用進(jìn)行了 大量的理論和實驗研究，并取得了突破性的進(jìn)展，為納米材料在生物傳感器方面的 應(yīng)用開創(chuàng)了新的局面。相信新型納米材料的出現(xiàn)及現(xiàn)有納米材料結(jié)構(gòu)與性能的不斷 完善，將為生物傳感器的發(fā)展開創(chuàng)更廣闊的前景。納米材料的制備及jc在電化學(xué)生物傳感器中的心用1.5本研究工作的構(gòu)思生物傳感器在臨床、環(huán)境、食品等領(lǐng)域具有廣