新型介孔纳米材料在直接电化学生物传感器中的应用研究

生物传感器在临床诊断、工业控制、食品和药物分析、环境保护以及生物技术等领域有着广泛的应用前景。但大多数蛋白的氧化还原中心深埋在肽链的内部，使氧化还原蛋白与电极之间的直接电子传递很难实现，迄今为止只有少数氧化还原蛋白能够在裸固体电极上表现出电化学活性。本项目拟以不同的模板法合成具有疏松多孔网络结构和良好生物相容性的TiO2、ZrO2以及导电性高，亲水性好的介孔碳，用于固定蛋白，促进蛋白和电极间的直接电子转移，提高生物传感器的选择性、灵敏度和使用寿命。通过大量实验，探讨材料的制备方法、物质组成、孔结构特点、形貌特征和表面状态对固定蛋白和传感器生物电催化行为的影响，总结相关规律，优选出性能优异的材料和制备工艺。为设计开发先进的高选择性、高灵敏度和长工作寿命的直接电化学生物传感器提供技术支持。

生物传感器应用前景广泛。但大多数蛋白的氧化还原中心深埋在肽链的内部，使氧化还原蛋白与电极之间的直接电子传递很难实现，迄今为止只有少数氧化还原蛋白能够在裸固体电极上表现出电化学活性。本项目开发了一系列介孔材料，用来修饰直接电化学生物传感器探测电极，研究了修饰电极材料的组成、粒径大小，微观结构，形貌特征等与电化学性能之间的关系。结果表明，优异的修饰电极材料不但要具有良好的生物相容性，大的比表面积，合适的孔分布范围，较小的微观尺寸，还要具有优异的导电性和较小的接触电阻。将仿生合成的机理引入到二氧化钛的制备中，通过调节模板剂的大小和种类实现了对TiO2的形貌和晶体结构的有效“剪裁”。采用层层组装修饰电极的手段，在电极的表面层构建纳米级酶蛋白富集区，在集流体和表面酶蛋白层之间构建畅通的电子转移渠道，有效提高了直接电化学型生物传感器的综合性能。