基于多壁碳纳米管的三电极血乙醇生物传感器的研究.pdf

第38卷
分析化学( FENXI RUAXCF)研究简报
第3期
2010年3月
Chinese: Jourral of Analytical ( hemistry
389~392
DOI:10.3724/SRP.J.1096.2010.00389
基于多壁碳纳米管的三电极血乙醇生物传感器的研究
甄生航郑军邹超世王艳朱洋2邓世雄2谢国明”王箭
(重庆医科大学医学检验系,重庆400060)2(重庆医科大学基础医学院法医研究所,重庆400060)
摘要采用丝网印刷技术在PVC基板上印制三电极,将多壁碳纳米管、麦尔多拉醯、乙醇脱氢酶(ADHI)
及氧化型辅酶1(NAD'〉依次修饰在工作电表,然后在该三电极表而贴-层亲水膜,形成一个5L反应
池,锅成血乙醇检测新型牛物传感器检测条。结果表明,此生物传感器具有良好的雅确性和稳定性;检测线性范
围为0.5~20mol/L,r=0.99493;检出限为0.22mml/L;电流达到95%稳态时间小于15s。考察了pH值、温
度及干扰物对生物传感器的影响。加此生物传感器和顶空气色谱法对0份全血标本醇浓度平行测試
两者相关性良好r=0.97583。利用虹吸现象吸取徽量?血直接定量测定乙嵉浓度是此生物传感器的特点
关键词血乙醇;丝网印刷技术;多壁碳纳米管;牛物传感器
1引言
血乙醇浓度定量检测结果是判断驾驶人员是否饮酒的重要依据。近年来,用生物传感器检测血乙
醇浓度的研究取得∫进展。血乙醇生物传感器主要包括乙醇氧化酶(A0X)和乙隊脱氢酶
(ADH)3两种类型。基于ADI的乙醇生物传感器的特异性和稳定性都优于AOX型,但足直接氧化
还原型辅酶工( NADH)需要高的超电势,并且氧化心物的堆积会产生饨化作用,导致电极检测性能下
降。上述方法都是在大体系电解池中进行检測,线性范不够宽,实际样品采血量大,样品需处理。
麦尔多拉蓝(MB)作为电子介体能在低电位下氧化NADH。3,减少钝化作用及其它电活性物质的于
扰,提高传感器检测乙醇的特异性和稳定侏。多壁碳纳米管( MWCNT)作为一和纳米碳材料,因具有大的
比表面积、好的生物相容性,且可加快电子传递、増加电流响应、提高检测灵敏度和线性范围、降低氧化
NADH的过电勢,而被广泛用于生物传感器的研究中3~の。本研究采用丝网印刷技术在PVC基板上印
制三电极,将多壁候纳米管( MWCNT)、麦尔多拉蓝(MRB)、乙醇脱酶(ADH)以及氧化型辅晦I(ND')依
次修饰在工作电极表面,然后在该三电极表面贴上一层亲水膜,形成一个5ルL反应池,制成血乙醇檢測新
型生物传感器检测条。结果表明,此生物传感器明显增大了检测线性范围,可对驾驶人员全血直接分析
2实验部分
仪器与试剂
ル AUTOLABⅢ电化学工作站(荷兰 Iecochemie公司),SC-2000顶空气相色谱仪(重庆川仪九厂
YKP2008×1400手动丝网印刷机(顺德盛江印刷机械厂)。乙脱氢醇(ADH,批号:A3263-15KU)、氧化
型辅酶I(NAD)5%(m/V) Nafion]7溶液、麦尔多拉蓝(MB)均购于 Sigma- Aldrich公司,牛血清白蛋白
BSA,罗氏诊断试剂公司),羧基化多壁碳纳米管( MWCNT,纯度>95%,成都有机化学研究所),银浆
427SS、AgCl、碳浆423S(分析纯, Acheson公司),实验用水均为超纯水,砗酸盐缓冲液(PBS,0.Imol/L
plH8.0),5mmol/L乙醇底物溶液(PBS配制),全血乙醇样品取自重庆医科大学法医验伤所
2.2丝网印刷三电极的制备
在PVC基板上印刷3根导电银轨道,然后对应各轨道依次印刷碳工作电极、碳对电极和Ag/AgCl
参比电极,工作电极为圆盘状,直径3mm。最后在学电银条上印刷PMC绝缘油墨,并留出长0.6cm的
接线端。图1为丝网印刷电极打描图
20090702收稿;2009-107接受
本文系重庆市科技攻关项目(No. CSC20)AC5145)资助项目
E-mil:uomiugxie(@cyetu,edu.cn
分析化学
第38卷
2.3三电极血乙醇生物传感器的制备
取5%(m/ V) Nafionl17溶液、无水乙醇,配制0.5%(m/W) Nafion-乙E:s
醇溶液,加入 MWCNT后超声1h,得1g/ L Nafion-乙醇-MWCM混合液
取此混合液3滴加到工作电极表面,室温干爆后形成一层图1丝网印剧电极扫描图
Nation-mwcnt膜。然后把此电极放人1 mmoll MB的PBS中浸泡Fs1 Scanogram of the screen
0min,使MB固定到 Nafion- MWNCT膜中。将2 mg ADEL,2 mg NAD', rinted electron
6 mg BSA溶于200ルLPBS中,取配制好的酶液3L滴加到 Nafion
MWCNT-MB修佈的工作电极表面,4℃于燥后,在电极工作区的远端和近端分别贴上双面胶层,在其上再
复合一层中心有直径1mm小孔的亲水膜,形成了5L的反应池,制成二电极血乙醇生物传惑器检测条。
3结果与讨论
3.1丝网印刷三电极的电化学特性
3.1,1 Nation分散 MWCNT的特性图2为
Nafion分散 MWCNT的扫描电镜图。 MWCNT在
0.5% Nafion-乙醇溶液中分散良好《$20nm)
3.1.2 Nafion- MWCNT-MIB修饰丝网印刷三电极
的电化学特性图3为修饰电磤在不同扫描速度下
的CV图。在不同扫描速度下,得到的CV图对称
图2多壁碳纳米管的透射电镜图
随着扫描速度的增加,氧化峰电流和还原峰电流Fg.2 TEM image of MIWCNT
都不断增加,表明固定在 Nafion- MWCNT膜中的
MB叮逆性好,氧化峰出现在-0.34V,还原峰出现在-0.47V,与文献「7.中的报道有所差别,这可能
与采用丝网印刷三电极系统以及 MWCNT I中的燚棊解离导致负电荷增加有关。由图3可见,和s与
扫描速度平方根成正比,i/i。≈1,具有明显的扩散电流特往
1.3不同修饰电极在磷酸盐冲液中的循环伏
安图图4为不同修饰电极在PBS中的CV图
曲线a为在SPE工作电极上修饰 Nafion,曲线b
修饰 Nafion- MWCNT混合液,电流值较曲线a增0
大。曲线为修饰 Nafion后吸附MB,出线d为修
饰 Nafion- MWCNT后吸附MB,两曲线氧化还原峰
04印
ー2.39u
都比较对称,峰位蛩相同,说明MB在两种修饰膜
中均能有效地传递电了;曲线d的峰电流明比曲
m L
线c大,表明 MWCNT能增加电子传递的有效面
0.7-0.6-0.5-0.4-0.3--0.2-0.1
E/ V(us Ag Agcl
积,起到放人电流信号的作用。图5为传感器在空
白(a)和底物(b)溶液中的CV图。在空由溶液中,图3修饰电极係环伏安曲线(插图:和与扣描速度
有一对对称的氧化还原峰;当加入乙醇后,由于平方根的关系
ADH的催化作用,氧化峰电流增加,且电位基本3 Cyclic voltammetric curves of modified eleetrode( Inse
不变,表明该传感器对Z醇有较灵敏度的响应。
and i,. dependence on the sruare root o