基于功能性GOx/二氧化硅-木质素体系的碳糊电极制备安培葡萄糖生物传感器
摘要：本文提出了一种基于廉价功能性二氧化硅/木质素（SiO2/Lig）杂化材料的酶生物传感器接收新方法。本研究以功能性生物杂化SiO2/Lig为载体，采用表面吸附法对葡萄糖氧化酶（GOx）进行固定化。GOx在SiO2/Lig上的固定量为25.28mg g-1，是未经功能化的SiO2上固定量的两倍。将GOx-SiO2/Lig体系与单壁碳纳米管/铂纳米粒子载体结合，制备了I代葡萄糖生物传感器。此外，以二茂铁为氧化还原介质的GOx-SiO2/Lig碳糊电极作为第二代葡萄糖生物传感器的活性材料。采用循环伏安法（CV）、计时电流法等电化学方法，在葡萄糖溶液中对GOx-SiO2/Lig/CPE进行了检测。结果表明，GOx-SiO2/Lig可以作为制备高效、低成本、多种电极结构生物传感器的材料。新研制的葡萄糖生物传感器为葡萄糖的测定提供了很有前途的电化学性能。葡萄糖敏感度为0.78mu;AmM-1。该生物传感器的线性响应范围为0.5-9mM，检测限（LOD）为145mu;M。
关键词：葡萄糖生物传感器，二氧化硅/木质素杂化物，酶固定化，计时安培法
- 介绍
自1962年Clark和Lyons发明了第一种基于氧电极和葡萄糖氧化酶（GOx）的葡萄糖测量生物传感器以来，生物传感器的研究已经进入了一个快速而有效的时期，并即将开展和发表[1,2]。固定化材料及其在电极表面的组装机制对酶电极的性能有重要影响。通常采用滴注、共价偶联、包封和物理吸附等技术将酶固定在电极表面[3-5]。以重金属对GOx的无毒性影响、良好的固定化性能和较高的电导率为指标，确定了固定化GOx的新材料的选择。良好的生物传感器具有3S、选择性、稳定性和灵敏度。3S技术对于构建一种新型的固定化酶与电极之间的传递生物传感系统具有重要意义[3,6–8]。近年来，金属氧化物（ZnO、CeO2、SiO2）因其生物相容性、生物稳定性、无毒性和高比表面积等优点，作为酶固定化的基础表面得到了广泛的研究。例如，Wang和他的合作者已经将氧化锌纳米梳结构应用于葡萄糖检测[9]。新型传感材料，考虑到金属氧化物的影响，具有更好的电子导电性、更高的等电点、生物相容性或生物活性。安萨里的科学团队将GOx限制在溶胶-凝胶纳米结构CeO2载体上，该载体已沉积在用于葡萄糖测定的氧化铟锡（ITO）玻璃板上[10]。Kumar及其同事开发了一种用于检测单糖、葡萄糖的生物传感应用的氧化锌纳米材料，该材料已成功应用于新型传感系统的开发[11]。在他们的研究中，Pandey和同事使用二茂铁包裹的ORMOSIL（有机改性的二氧化硅或硅酸盐）构建了一个使用固定化GOx的葡萄糖生物传感器[12]。
木质素是一种廉价的无定形芳香族生物聚合物，可作为木材制浆过程的副产品大量获得。它是生物量中仅次于纤维素的第二丰富的天然聚合物。近年来，木质素因其作为电化学活性电极材料的广泛应用而受到人们的重视。特别是木质素在电化学传感器的开发中得到了广泛的应用。木质素修饰的各种电极对还原的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）[13]和肼氧化[14]以及硝酸盐还原[15]表现出较强的氧化还原活性和电催化作用。木质素的芳香特性是其与纳米结构碳材料具有很强亲和力的原因，并使其在sp2杂化碳表面具有很强的吸附性。文献[16–18]中描述了一些非常有趣的材料（如木质素/碳纳米管）的获得和表征实例。此外，木质素在纳米技术中的应用可以扩展到制备银和金纳米颗粒，在传感器中具有潜在的应用[19]。
团队之前的工作，利用非侵入式背向散射（NIBS）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）等技术，成功地将SiO2/Lig杂化材料与其他材料进行了连接和综合检测[20,21]。这种新型基质为其更广泛的应用提供了新的可能，例如，它可以作为固定化表面或用于生物传感器。对SiO2/Lig杂化材料进行了电化学测试。这为这种材料提供了一个极好的机会和有趣的性能，有助于构建一种新型的电化学体系。本文介绍了SiO2/Lig杂化材料作为固定化葡萄糖氧化酶的有效材料。在此，我们还证明了混合GOx-SiO2/Lig材料作为葡萄糖生物传感器应用的可行性（见方案1）。采用循环伏安法和计时电流法研究了葡萄糖生物传感器的电化学性能。
2、实验
2.1材料和化学品
硫酸盐木质素（Lig）、葡萄糖氧化酶（来自黑曲霉；蛋白质含量65-85%；分子量：160kDa，根据生产商规定的催化活性为100-250U/mg）和自Sigma Aldrich。二茂铁（Fc）由Fluka提供。Sigma Aldrich提供石墨（下降传感器）、单壁碳纳米管（SWCNT、Sigma Aldrich）导电水墨1 mgmL-1和铂纳米颗粒（PtNP，3 nm粒径，1000 ppm水溶液）。为了确定所述生物传感器的分析性能，使用了实际样品-液体葡萄糖1WW-草莓味（Medmess，华沙）和葡萄糖输液溶液5%（Hasco Lek，Wroclaw）。
