武汉工程大学毕业论文资料.docx
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武汉工程大学毕业论文资料
2014届毕业（设计）论文
题目
专业班级
学号
学生姓名
学院
指导教师
指导教师职称
完成日期：
年月日
基于壳聚糖/石墨烯复合膜的安培型过氧化氢生物传感器
Amperometrichydrogenperoxide
biosensorbasedongraphene/chitosancompositematrix
学生姓名
指导教师
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
本学位论文属于
1、保密□在年解密后适用本授权书。
2、不保密□
（请在以上相应方框内打“√”）
作者签名：
年月日
导师签名：
年月日
武汉工程大学本科毕业（设计）论文
摘要
研制出一种基于壳聚糖/石墨烯有机-无机复合膜作为固定基质的酶生物传感器。
将
壳聚糖、石墨烯、辣根过氧化物酶混合均匀后，用滴涂法将混合溶液滴到已经打磨光
滑且干净的金电极表面晾干后制得复合膜电极。
使用循环伏安法（CV）和计时电流法
（I-T），用对苯二酚作为电子传递体实现对过氧化氢的灵敏测定，其响应电流与过氧化
氢的浓度在2.50×10－6mol.L-1～2.0×10－3mol.L-1范围内呈线性关系，线性相关系数R＝
0.9985，检测限5.88×10－8。
研究了各种实验条件对复合膜电极性能的影响。
该复合膜
电极制作简单，稳定性好、使用寿命长，电极使用半个个月后其响应电流仍能保持初
始值的90.34%。
关键词：
壳聚糖；辣根过氧化物酶；石墨烯；过氧化氢；对苯二酚
武汉工程大学本科毕业（设计）论文
Abstract
PreparedasimplehydrogenperoxidebiosensorbasedonChitosan/GrapheneInorganic-Organiccompositematrix.Tomixchitosan,graphene,horseradishperoxidaseevenly,thendripthemixedsolutionontoAuelectrodesurfacethathasbeenpolishedsmoothlyandcleanly,Afterdryingtopreparethecompositefilmelectrode.Usingcyclicvoltammetry（CV）andchronoamperometry（I-T）,Madehydroquinoneastheelectrontransfertomeasureof
hydrogenperoxidemoresensitively.Thelinearrangewas2.5010
-6
－3
-1
the
to210××mol.L
linearcorrelationcoefficientR=0.9985,thedetectionlimitwas5.88
10-8.wehavestudied×
theeffectsofvariousexperientalconditionsontheperformanceofcompositemembrane
electrode.Thecompositefilmelectrodehastheadvantagesofsimplemanufacture,goodstability,longservicelife,theresponsecurrentofthesensordecreased90.34%afterstoring15days.
Keyword：
Chitosan；horseradishperoxidase；graphite；Hydrogenperoxide；
hydroquinone
V
武汉工程大学本科毕业（设计）论文
学位论文原创性声明.........................................................................................................................................
III
学位论文版权使用授权书.................................................................................................................................
III
摘要.................................................................................................................................................................
IV
Abstract
..............................................................................................................................................................
V
目录.................................................................................................................................................................
VI
第一章前
言.................................................................................................................................................
1
1.1
电化学酶传感器.....................................................................................................................................
1
1.1.1
过氧化物氢生物传感器的概述................................................................................................
1
1.2
化学修饰电极的制备、表征及应用.....................................................................................................
2
1.2.1
电极的预处理............................................................................................................................
2
1.2.2
电化学修饰电极的制备方法...................................................................................................
2
1.2.3
化学修饰电极在分析化学中的应用........................................................................................
4
1.3
石墨烯简介.............................................................................................................................................
4
1.4
石墨烯的结构和性质.............................................................................................................................
5
1.4.1
石墨烯的结构...........................................................................................................................
5
1.4.2
石墨烯的性质...........................................................................................................................
5
1.4.3
石墨烯的电化学基础................................................................................................................
6
1.5
壳聚糖简介............................................................................................................................................
7
1.6
课题来源及研究目的和意义................................................................................................................
8
第二章.实验部分.................................................................................................................................................
9
2.1
试剂和仪器............................................................................................................................................
9
2.2
电极的制备............................................................................................................................................
9
2.3
测量方法...............................................................................................................................................
10
第三章
结果讨论...............................................................................................................................................
11
3.1
循环伏安行为.....................................................................................................................................
11
3.2
响应曲线..............................................................................................................................................
11
3.3
对苯二酚（HQ）在HRP酶电极上的电化学行为...............................................................................
12
3.4
CTS-HRP-Gr/Au电极的电化学特性...............................................................................................
13
3.5
酶电极制备条件的优化.......................................................................................................................
15
3.5.1
酶浓度的优化...........................................................................................................................
15
3.5.2
滴涂量的优化............................................................................................................................
16
3.6
体系条件的优化..................................................................................................................................
17
3.6.1
体系pH值的选择.....................................................................................................................
17
3.6.2
电子媒介的量的影响................................................................................................................
18
3.7
修饰电极的工作曲线（i-t）................................................................................................................
19
3.8
电极重复性和重现性..........................................................................................................................
21
3.9
稳定性实验...........................................................................................................................................
21
第四章
结论与展望...........................................................................................................................................
23
VI
武汉工程大学本科毕业（设计）论文
参考文献24
致谢28
VII
武汉工程大学本科毕业（设计）论文
第一章前言
1.1电化学酶传感器
按测量信号不同，电化学酶传感器又可分为电流型、电位型和电导型。
电流型酶传感
器的原理是利用固定在电极表面上的酶对酶底物的催化氧化或还原，产生可在电极上还原
或氧化的组分，获得电流信号（有时这一过程需要外加电活性媒介）[1]；电位型传感器是基于离子选择性电极原理而发展起来的，固定到电极表面的酶对底物催化，产生离子型物质，
能引起指示电极电位改变，电位变化关系遵循Nernst方程[2]；电导型传感器是利用酶催化
底物反应，导致反应体系中离子种类及浓度的变化，从而引起溶液导电性的改变，以溶液
电导率为响应信号。
酶传感器的研究经历了三个发展阶段，即以酶的天然介体-氧来沟通酶与电极之间的电
子通道，直接检测酶反应底物的减少或产物的生成的第一代传感器；基于人工合成的媒介
体来代替氧沟通酶的活性中心与电极之间的电子通道，通过检测媒介体的电流变化来反映
底物浓度的变化的第二代酶生物传感器和利用酶自身与电极间的直接电子转移来完成信号转换的无媒介体存在的第三代酶生物传感器[3]。
1.1.1过氧化物氢生物传感器的概述
22的测定主要有容量分析法、光谱法、电化学法等
[4-8]，其中电化学方法因具有快
HO
速、直接、可在线分析等优点而得到广泛关注，各种H2O2生物传感器的制备也得到广泛报道，辣根过氧化物酶（horseradishperoxidase，HRP）对H2O2分解具有高的选择性和催化活性，
但由于其分子质量大，难于实现酶活性中心与电极表面间的直接电子传递。
因此，HRP传
感器的性能决定于酶在电极表面的构筑。
已报导的HRP固定方法较多,如戊二醛交联法、
共价键合法、溶胶一凝法、聚合物包裹法、吸附法、纳米金溶胶、碳纳米管以及5102纳米
粒子固定法等。
由于强化学键可能导致酶的失活,而溶胶-凝胶的酸碱度不易调至中性,在凝胶过程中可能导致修饰膜的干裂脱落。
此外,由于HRP的氧化还原活性中心深埋在酶分子
内部,在通常情况下难以与电极之间进行直接电子转移。
这些情况都直接影响酶的固定和酶催化活性的长时间保持。
张晓蕾等[9]以纳米金/壳聚糖/碳纳米管修饰HRP构筑了过氧化氢传感器。
ZhaoYuandi
等[10]将纳米金吸附HRP直接吸附在碳纳米管上，制成碳纳米管修饰电极，并研究HRP在电极上的直接电化学行为。
XiaoYi等[11]将HRP自组装到纳米金/半胱胺修饰的金电极上构
1
武汉工程大学本科毕业（设计）论文
制了第三代HRP生物传感器。
YuRuqin等[12]将HRP固定在纳米金修饰的壳聚糖碳糊电极表面构制了HRP生物传感器。
ShiAiwu等[13]将HRP吸附在纳米金/聚硫堇纳米线修饰的玻碳电极表面制备了新型HRP传感器。
1.2化学修饰电极的制备、表征及应用
化学修饰电极就是用化学或物理的方法将某些特定功能团或化合物修饰在电极表面，[14]
方法是非常关键的，它影响到电极的性能，不仅包括重现性和稳定性，而且影响到它的实
际应用。
电极表面的修饰方法依其类型、功能和基底材料的性质和要求而不同。
目前已经
发展了许多不同的方法来制备化学修饰电极，董绍俊等[15]详细介绍了化学修饰电极的制备
和类型。
1.2.1电极的预处理
在制备化学修饰电极之前，首先要对基底电极表面进行清洁处理，然后再进行修饰电极的制备。
处理的方法包括：
a物理处理：
即是对固体电极首先进行机械研磨及抛光，通常是把基底电极依次在粒度从大到小的抛光剂中进行研磨。
每次抛光后先洗去表面污物，再用稀酸、稀碱、乙醇和
纯水超声清洗2-3min，直至清洗干净。
如果电极表面存在惰化层和很强的吸附层时，必须
用机械或加热的方法处理。
加热处理一般在真空中加热到500℃。
保持一定时间。
b化学处理固体电极经过抛光处理后，接着应进行化学清洗。
选择合适的有机溶剂及不同酸度的溶液进行清洗，可消除电极表面吸附性杂质及惰化层。
如在清除空气的盐酸溶液中，稍负于SCE电位下处理数秒钟，能清除玻碳电极表面的含氧基团。
c电化学处理这是最常用来清洁、活化电极的手段。
可直接在试液中进行，选择合
适的溶液，可用恒电位、恒电流或循环伏安扫描法极化。
根据试验设定合适的处理条件（主要是电位扫描范围、试液组成、pH值等条件）。
选择合适的条件，可获得氧化的、还原的或中性的电极表面。
1.2.2电化学修饰电极的制备方法
化学修饰电极的制备是化学修饰电极得以开展研究的关键性步骤。
修饰方法的设计合
理性与否、操作步骤及优劣程度对化学修饰电极的活性、稳定性和重现性有直接影响，因
此是化学修饰电极研究和应用的基础。
2
武汉工程大学本科毕业（设计）论文
目前已经发展的制备化学修饰电极的方法主要有滴涂法、共价键合法、电化学法、吸
附法和掺杂法
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