基于一维介孔ZnO纳米线阵列的电化学生物传感器的组装及特性研究

Mesoporous ZnO nanowire arrays will be fabricated by AAO templates in combination with the surfactant technology, and the morphology, microstructure, and composition analysis of as-fabricated ZnO nanowire arrays will also be characterized by electronic microscopy to aim to controllable preparation of mesoporous ZnO nanowires. Subsequently, cross-linking and polymerization methods are utilized to immobilize purine nucleoside phosphorylase (PNP) and xanthine oxidase (XOD) dual-enzyme system and nitrate reductase (NaR) and nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) dual-enzyme system onto the surface of mesoporous ZnO nanowire arrays to synthesize phosphate and nitrate enzyme electrodes, respectively. SEM, TEM HRTEM and FTIR will be used to characterize the immobilization of enzymes to optimize the parameters (concentration of cross-linking agent, time of polymerization, current density) of preparation of phosphate and nitrate enzyme electrodes; meanwhile, effects of mesoporous ZnO nanowire on the immobilization of enzymes and performance of enzyme electrodes will be investigated in detail based on electrochemical measurements. Finally, integrated electrochemical phosphate and nitrate biosensors with high sensitivity, high selectivity and stability will be assembled utilizing mask technology, respectively.

通过模板法结合表面活性剂技术制备介孔ZnO纳米线阵列，对所制备的介孔ZnO纳米线阵列进行形貌、微观结构和成分分析，实现介孔ZnO纳米线的可控制备；分别采用交联法和电聚合法在介孔ZnO纳米线表面固定嘌呤核苷磷酸化酶(PNP)和黄嘌呤氧化酶(XOD)及硝酸盐还原酶(NaR)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)，获得不同方法修饰的磷酸盐和硝酸盐酶电极。优化交联法和电聚合法制备磷酸盐和硝酸盐酶电极的参数，如交联剂浓度、电聚合时间等，利用SEM、TEM、HRTEM及FTIR等表征手段对修饰前后的纳米线进行表征，探讨酶电极制备过程中的关键因素和关系。对磷酸盐和硝酸盐酶电极进行电化学性能测试，根据电化学信号的变化规律，分析ZnO纳米线结构及酶的固定方式对酶电极性能的影响；利用掩模技术，采用优化的酶电极、辅助及参比电极的制备工艺，分别构筑用于磷酸盐和硝酸盐在线检测，具有高度选择性、敏感性的电化学生物传感器。

针对水体中以及血液中各类物质浓度的检测，电化学生物传感器提供了一种高效、灵敏的检测手段。在电化学生物传感器的构筑中，用于完成化学信号向电信号转变的基体材料对于生物传感器的性能的提高至关重要。随着对电化学生物传感器各方面要求的提高，应用于制备电化学生物传感器的基体材料既要具有良好的生物兼容性、催化性能，又要具有成本低廉、可重复性高的特点。本项目执行过程中，发展了几种构筑一维和二维纳米阵列的普适方法，构筑了一系列一元至多元纳米结构及其阵列；对其电化学生物传感特性进行了系统研究，发现金属氧化物及其复合物纳米阵列具有良好的电化学活性，可作为构筑电化学生物传感器的优良基体材料，同时将流动注射分析与微流分析技术应用于电化学生物传感器中，提高了电化学生物传感器对待检测物的检测通量。.本项目将电化学生物传感器构筑的基体材料由Au、Pt纳米阵列转变为ZnO/CeO2和NiO/CeO2杂化纳米阵列，可有效降低电化学生物传感器的制备成本；通过在金属氧化物中引入晶体缺陷，提高了金属氧化物的电化学活性。.项目执行过程中共发表SCI收录论文11篇，与此同时，我们注意到相关知识产权的保护，项目的相关研究成果申请中国发明专利2项。研究结果对电化学生物传感器基体材料的制备及其应用提供了科学依据，奠定了实验与技术基础。