1基于L_Cys_MWCNT_HRP修饰金电极的过氧化氢传感器

图 3 H RP/ M W CN T / L - Cy s/ A u 电极 对 H 2 O2 电催化的循环伏安曲线 F ig . 3 Cy clic v oltammog rams of electr ocatalysis of H RP / M W CNT / L - Cys/ A u electro de to H 2 O2 图 1 H RP / M W CNT / L - Cys/ A u 电极 在不同扫速下的循环伏安曲线 Fig. 1 Cyclic vo ltammog rams o f HR P/ M W CNT / L - Cys/ A u electr ode at differ ent scan rates
生物传感器 。研究了修饰电极的电化学特性 , 探讨了测定溶液 PBS 的温度和 pH 值对电极响应 H 2 O2 的影响, 考 察了电极的重现性、 抗干扰能力及使用寿命等 。结果表明 : 该传感器具有线性范围宽、 检出限低 、 灵敏度高、 稳定 性好和抗干扰能力强等特点。 [ 关键词] H 2 O 2 传感器; 金电极; L - 半胱氨酸; 辣根过氧化物酶; 多壁碳纳米管 [ 中图分类号] T B33; O652. 2 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1001 - 3660( 2011) 01 - 0037 - 03
。文中将多壁碳纳米管 ( M WCNT ) 分散在
是 : 先依次用 0. 3, 0. 05 m 的 Al2 O 3 粉末在金相砂纸 上打磨抛光 , 再依次用乙醇、 水超声清洗, 最后置于0. 5 m ol/ L 硫酸溶液中在 - 0. 3~ 1. 5 V 电位范围内进行 循环伏安扫描, 直至得到稳定的循环伏安图。此处及 后文中测定循环伏安曲线均在 CH I650c 型电化学 工 作站( 上海辰华仪器有限公司 ) 上进行, 采用三电极体 系 , 金电极或修饰金电极 为工作电极 , 饱和甘汞电 极
图 4 pH 变化与电极响应的关系 F ig . 4 Relat ionship betw een var ious pH and r espo nse of the electr ode
图 2 是不同修饰状态的金电极在 0. 1 mol/ L PBS ( pH = 6. 0) 中, 采用 50 mV/ s 的扫描速度所得的循环 伏安 曲 线。可 见 , 在 L - Cy s/ Au 电 极表 面 修饰 一 层 MWCNT 后 , 出现了一对氧化还原峰 ( 见曲线 b) , 这是 因为纯化后的 MWCNT 表面含有一定数量的活性基 团, 如羧基、 羟基和羰基 , 电活性物质羧基在电极上失
2. 3
实验条件的优化
溶液的 pH 值对酶催化反应速度及酶活性均有影 响 , 实验中考察了酶电极传感器在 pH 值不同、 含 1. 0 10- 3 mo l/ L H 2 O2 的 PBS 中的响应情况, 其电流响 应与溶液 pH 值之间的关系见图 4, 可见 pH = 6. 0 时 , 该传感器有最大响应值。故实验中选用 pH = 6. 0 的 P BS 作为缓冲溶液。 温度是影响酶催化反应的另一个重要因素 , 实验 中改变测试溶液的温度, 在 15~ 45 范围内考察了温
图 1 是 H RP/ M WCNT / L - Cys/ Au 电 极 在 0. 1 mol/ L PBS( pH = 6. 0) 中, 采用不同的扫描速率 ( ) 所 得的循环伏安曲线。从图 1 可以看出 , 扫描速率为 50 mV/ s 时 , 对应的氧化峰电位 ( E pa ) 为 - 0. 003 V, 还原 峰电位( E pc ) 为 - 0. 252 V, 且相应的氧化峰电流 ( I pa ) 和还原峰电流( I pc ) 都随扫描速率的增大而增大。在 为 10~ 50 mV/ s 的范围内 , I pa 和 I pc 与 存在着良好的 线性关系, 其一元线性拟合方程及相关系数如下: I pa / A= - 0. 149 / ( mV s- 1 ) + 0. 044, R = 0. 999 9 I pc / A= 0. 122 / ( mV s- 1 ) + 2. 348, R = 0. 999 6 这表明整个电极过程是受表面过程控制的。
对 H 2 O2 电催 化还 原作 用 的结 果。可以 看 出, 随 着 P BS 中 H 2 O 2 浓度的增加, 循环伏安曲线发生了很大 的变化 , 氧化电流减小 , 还原电流显著增加, 这说明修 饰电极对 H 2 O 2 有良好的电催化还原作用。实验还表 明 , 还原电流增加的幅度与 H 2 O2 的浓度成正比 , 因此 H RP/ M WCNT / L - Cys/ Au 电极可用于 H 2 O 2 的定量 测定。
Hydrogen Peroxide Biosensor Based on L - cysteine/ Multi walled Carbon Nanotube/ Horseradish Peroxidase Modified Glod Electrode
MA Mei - ping, CAO Jian -ming ( Scho ol of Env ir onm ent al Science and Public H ealth, Wenzhou M edical College, Wenzhou 325000, China) [Abstract] Horseradish peroxidase( H RP) was select ed as a model enzyme t o fabricat e a novel bios ensor based on
the L - cysteine, mutli walled carbon nanotub e. T he elect rochemical ch aracterist ics of the electrode were charact erized by cyclic volt ammet ry. A nd t he effects of pH and t emperature of phosph at e buff er solut ion on the response t o H 2 O 2 w ere al s o studied. A t last , th e reproducibility and select ivity of t he modified elect rode w ere investigat ed in det ail. T he res ult s show t hat t he modified electrode exhibites wide linear range, lower det ect ion limit and good stability, as well as certain anti int erference ab ilit y. [Key words] b on nanot ube hydrogen peroxide biosensor; gold elect rode; L - cyst ein e; horseradish peroxidase; multi w alled car -
图2
不同修饰电极的循环伏安曲线
2
2. 1
结果及讨论
修饰电极的电化学特性
Fig . 2 Cyclic voltammog rams of the different modified electrode
2. 2
传感器对 H2 O2 的电催化作用
图 3 为考查酶电极 ( H RP/ M WCNT / L - Cys/ Au)
[ 7]
( SCE) 为参比电极 , 铂丝电极为对电极。 将 1 m g MWCNT 分散至 5 m L 0. 5 % 的壳聚糖 溶液中, 在医用数控超声波清洗器中超声分散得到均 匀的 M WCNT- CS 黑色混悬液。将处理过的金电极避 光浸泡在 0. 02 mol/ L 已除氧的 L - Cys 乙酸缓冲溶液 ( pH = 5. 0) 中自组装 24 h, 通过 A u S 键的结合 , 得 到L - Cys 修饰的金电极。该电极取出后用水洗净并晾 干, 吸 取 5 L M WCNT- CS 黑 色混悬液 滴涂于其 表 面, 用 红 外灯 烘干 , 制 得 MWCNT / L - Cy s/ Au 电 极。 将 MWCNT / L - Cy s/ Au 电 极放 入 H RP ( 250 U/ mg ) 溶液中 浸泡 8 h, 即 得 H RP / M WCNT / L- Cy s/ Au 电 极, 用水洗净后放入 pH = 6. 9 的磷酸缓冲溶液 ( P BS, 0. 1 mo l/ L KH 2 P O4- Na 2 H PO 4 ) 中于 4 保存待用。
第 40 卷 第1期 2011 年 2 月 Vol. 40 No. 1 Feb. 2011
表面技术
SURFACE TECHNOLOGY
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3
结语
利用多壁碳纳米管的电化学特性及其对 H RP 的
直接电催化特性 , 制备了无电子媒介体的过氧化氢传 感器。采用自组装技术, 以 M WNT S 大的比表面积有 效地吸附 H RP , 增多 H RP 电极表面的活性位点, 促进
NH 2 ,
OH ) , 因此被广泛
。从 1991 年 Iijima 发现碳纳米管以来,
碳纳米管因具有良好的电子传递性质 , 在生物传感和 催化方面表现出优异的性质, 有许多关于其与酶直接 电子转移的报道 , 但它的不溶性限制了其在电分析中 的应用
[ 2- 7]
1
电极的制备
金电极 ( 直径 2 m m) 修饰前需进行前处理, 方 法
[ 收稿日期 ] 2010 - 09 - 07; [ 修回日期 ] 2010 - 10 -20
[ 基金项目 ] 温 州市科技计划项目 ( Y 20100360) ; 2010 年 浙江省高校优秀青年教师资助项目 ( 浙教办高科 2010 175 号 ) ; 温州 市科技 局 项目( Y 20080102) [ 作者简介 ] 马美萍 ( 1979- ) , 女 , 讲师 , 主要研究方向为电化学修饰。