葡萄糖传感器

基于ZnO/Nafion有机-无机复合膜固定双酶的葡萄糖传

感器研究

基于酶促反应的的葡萄糖传感器其最基本的原理是：利用固定化葡萄糖氧化酶膜作识别器件，将感受的葡萄糖量转换成可用输出信号。葡萄糖传感器基本由酶膜和Clark氧电极或过氧化氢电极组成。在葡萄糖氧化酶的催化作用下,葡萄糖发生氧化反应消耗氧气，生成葡萄糖酸内酯和过氧化氢。葡萄糖氧化酶被半透膜通过物理吸附的方法固定在靠近铂电极的表面，其活性依赖于其周围的氧浓度。葡萄糖与葡萄糖氧化酶反应，生成两个电子和两个质子。被氧及电子质子包围的还原态葡萄糖氧化酶经过反应后，生成过氧化氢及氧化态葡萄糖氧化酶，葡萄糖氧化酶回到最初的状态并可与更多的葡萄糖反应。葡萄糖浓度越高，消耗的氧越多，生成的过氧化氢越多。葡萄糖浓度越少，则相反。因此，氧的消耗及过氧化氢的生成都可以被铂电极所检测，并可以作为测量葡萄糖测定的方法。

但是作为检测物的过氧化氢的氧化需要在较高的电位下进行，而高电位条件下的许多电活性物质都会被氧化而干扰，影响传感器的选择性。为了解决这个问题，就需要降低传感器的操作电位。有两种办法可以解决这个问题：1、制备介体酶传感器，2、用过氧化物酶和氧化酶结合制成双电极。

HRP制成的过氧化物酶电极在测定过氧化氢时具有较高的灵敏度和选择性，并且操作电位通常比较低，在这样的电位下可以避免一些电活性物质的干扰。

另外纳米颗粒固定化酶在解决这一问题上也比较有效。纳米粒子具有特殊的壳层结构。这种结构使纳米颗粒具有特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应以及由此产生的许多光学和电学性质。纳米粒子具有高比表面积、高活性、强吸附力及高催化效率等优异特性，可增加酶的吸附量和稳定性，同时还能提高酶的催化活性，使酶的电极响应灵敏度得到提高。

将纳米材料掺杂到传感器敏感膜内，可以提供生物材料适应的微环境，达到维持生物组分活性和改进生物传感器性能的目的。例如将ZnO分散在Nafion中构成的葡萄糖电极就利用了ZnO的比表面积大、表面反应活性高、表面活性中心多、吸附能力强等性能和Nafion的成膜、抗干扰能力，制成了响应快速、灵敏度高的葡萄糖传感器。由于同时固定了过氧化物酶和葡萄糖氧化酶，该传感器能够实现在较低电位下检测葡萄糖，提高选择性。

固定双酶的葡萄糖传感器的研究方向主要是：1、寻找

更便宜的用于生物传感器的纳米粒子。比如一开始的Au 、Ag 或者它们的复合粒子以及碳纳米管等。它们虽然可提高

灵敏度, 但价格昂贵, 不适合将来大规模工业化生产的目标。

纳米颗粒固定化酶是一种比较有效的方法。纳米半导体材料由于具有高比表面积、高活性、良好的电子传递、强吸附力及高催化效率等优异特性, 可在增加酶的吸附量和稳定性的同时提高酶的催化活性也被用来研制生物传感器, 在固定酶方面, 他们可以很好地保持酶的生物活性, 并提高了酶活性

中心和电极之间的直接电子传递的效率。2、为了更便捷的

多项测定。将几种酶同葡萄糖氧化酶连用，同时测定几种物质的浓度。例如在双电极表面电聚合硫堇；然后将金纳米粒子固定在聚硫堇表面，吸附金纳米粒子的聚硫堇不仅能够保持酶的催化活性，而且可作为介电中心提高电子转移速率；最后用壳聚糖做交联剂将葡萄糖氧化酶、胆固醇酯酶和胆固醇氧化酶分别共价键合在双电极的聚硫堇层上。通过检测双电极上的氧化电流大小即可间接检测到葡萄糖和胆固醇的

浓度。

参考文献

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