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第30卷
分析化学( FENXI HUAXUE)研究简报
第10期
2002年10月
Chinesc Journal of Analytical Chcmi
1237~1239
聚中性红作电子转移介体的过氧化氢生物传感器
张国荣刘海燕王艳玲
(山东帅范人学化学系,济南250014)
摘要提出一和新的第二代电流型生物传感器。将易溶」水的电子转移介体中性红经电聚合在石墨电极
表面形成层致密、稳定的膜,有效的械少了其流失。并在辣根过氧化酶的表覆盖层明胶,再用戊二醛交
联制备了∫H2O2传感器,使固定化酶保持了较高活性。该生物传感器具有较宽的线性范:2.0×103~2.5
10-2mol九:检出限为1.8×10-3molL,达到95%稳态电流所川间<20s。
关健词聚中性:红,明胶,辣札根过氧化,生物传感器,浸腊石墨电柲
制备生物传感器,最关键的河题是如何把嗨固定化并保述其活性。由j通常的交联法所用的交
联剂戊二醛易使嗨失活,影响传感器的稳定性和寿命。釆用覆盖一层明胶隔层再交联的方法,可避免戊
醛与晦直接接触而导致嗨的部分失活,提高了嗨电极的稳定性、灵敏度,延长了使用寿命及存放吋
常选用一些疏水性的物质,如二茂铁及其衍生物等作为第二代介体型电流生物传感器的电子转
移介体,间水溶性的碱性染料如甲基兰.、甲基绿、中性红等当被固定在电极表面时,山于水溶性间
速流失。?此,在以前的报道中很少用此类介体。本文将水溶性的中性红(NR)经电聚合。修饰在
浸腊石墨电极表面,该聚中性红(PNR)膜附着力好、紧密均匀、稳定性好,有效的降低了其流失。利用此
方法制成的辣根过氧化物酶生物传感器具有较高的灵敏度、较好的稳定性及较长的使用寿命。
2实验部分
2,1仪器和试剂
LK98做机电化学分析系统(人津市兰力科化学电子有限公司),电化学实验用三电极体系。
辣根过氧化酶(IHRP,上海东风生物技术公司,R.Z.-3.0)。所用试剂均为分析纯,所用水均为
次石英重蒸水。
2.2辣根过氧化酶生物传感器(HPBS)的制备
2.2.1聚合物膜修饰电极的制备将浸腊石电首先经过物理、化学预处理,然后在最佳体系
0.025mol/LRBS(pH=6)+0.5 mol/L NANO+3.0×0-1 mol/L NR中采用(-1.0~0.6VCV法聚合,其
膜厚度可出聚合过稈中的扌描圈数米控制。
HCv图可知,聚合时有?对氧化还原峰峰电流均随描周数增加而増大,说明PNR膜有良好的
导电性。山文献6知该PNR膜修饰电极当扫速<50mVs时,阴阳极峰的电位差(△、△HFp)均~60
mV,且/is~1,昞两对峰均表现明显的可逆电柲反应特征。
2.2.2辣根过氧化酶(HRP的固定间接交联:取10u合40 g/L HRPPH7.0PBS滴在经PNR修饰的
石黑电上,随即将电柲置于湿润的密闭容器屮,避光放置过夜,令水分级慢蒸发,最终在电柲表面形成
层均匀的膜。而后将10L5%明胶(先放在37C保温溶解)均匀地涂布在电极表面,室温じ燥后浸入
5%戊一.醛交联1min,立即用蒸馏水冲洗,保存备用。
2.3测试方法
电解池由嗨电枚、怕片对电、他和日求电极一电极体系组成。在何电位ド,测得缓液基底电流
2001-11-25收稿:2002-0302接受
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分析化学
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然后加入一定浓度的HO2测定其电流,两者的差值即为响应电流
3结果与讨论
酶固定方法的比较
通过对比试验发现:当戊二-醛与嗨直接交联时,传感器的寿命柲短,在溶液中浸泡h左行,嗨膜发
生严重的溶胀以致脱落。而用间接交联法把酶固定在FNR修饰电枚上,响应电流较人、寿命长且稳定
性女好。原是在嗨层上覆盖一层明胶后,通过明胶扩散层控制戊二醛与晦交联程度,降低了戊二-醛与酶
直按接触引起的酶失活,使固定化酶保持了较高的活性。而聚巾性红则起电子介体的作用,可降低过
电位.。石黑与玻碳电极相比,质地松软而多孔,涂敷在表面的明胶干燥后,仍与电极表面紧密结合;相反
玻碳电极质地坚硬,明胶燥时在其表裂间脱落。为此,本文用聚中性红修饰腊浸石墨电极,明胶
包埋酶使戌醛与酶问接交联米固定酶。
3.2HPBS的性能
该传感器在pH7.0憐酸盐体系中循环扫描10
圈,从扫描的第2圈起,电流变化很小,基本达到稳10
定,该牛物传感器具有较好的稳定性及軍现性。由至s
于在PNR的表面覆盖了一层明胶,使电极的电阻增
人,该牛物传感器的CVv图上以有一对明显的氧化还
0
原峰。随着扫速増大,峰电流明晁加大(图1)。且-5
m、n均与扫速成止比,表明作电极上发生的反应受
-10
吸附控制。
-0.2
0.6
E/V(VS SCE)
3.3生物传感器对HO2电催化还原
图2是生物传感器在加入HO2前后的循环伏图1HPBS在不同打速下的cV图
女图。该传感器无HO2存在时,只有NR一对氧化Fg.1 The cyclic voltammetric() curvcs of hydrogcn
还原峰(a),当加入HO2后,NR的氧化还原曲线发 Xidasc biosensor( HPBS)at dimlrcnt scan ratcs
介质( medium):K2HIX1-KH2IX)1(PBS)(pH=7);y:50、100、150
生了明显的变化(b):述原电流明显增加,而还原电
ms从内问外( from inner to outer)。
位基本不变,证明此述原峰仍为NR述原所致。电
位稍有负移,可能是明胶层的存在增人了传感器电阻的缘故,而在相同条件下基体电极对H比O2无响应。
以上实验结果说明,固定在修饰膜上的HRP对HO2有明显的电催化还原作用,NR是该反应体系的有
效电子转移介体。其反应机理推断如下
H5O2 +2H HRPED HRP,x +2HO
HRP。x+ NRRD HRP ui+NR。
NR+e+H NR,od
还原电流増加的幅度与HO2的浓度成正比,可用」HO2的定量测定。
3.4传感器的线性范围
图3是传感器対不同浓度HO2响应的电流-时间出线(恒电位为-0.5V)。校准出线可由不同浓
度HO2的计付电流曲线作出,线性范围为2.0×10~2.5×10-2ml九;r为0.992;检川限为1.8×10
mol/L
3.5传感器的响应时间
覆盖在电极表而的明胶层越厚其响应时间越长,可通过改变所用明胶的体积控制其厚度。本实
中在石墨电极(3.5mm)表而滴加10正的明胶,出图3可知,该传感器的响应速度快,达到95%稳态
电流所用时间<20s。
3.6传感器的稳定性
该生物传感器具有较好的稳定性及重现性,对2 mmol/L HO2重复测定10次,所得RSD为2.0%,