摘要
葡萄糖氧化酶(β-D-glucose:oxygen1-oxidoreductase,EC1.1.2.3.4,GOx)是由二硫键共价连接两个相同的多肽链亚基组成的二聚体糖蛋白，是一种氧化还原酶，具有高效专一的生物特性，对葡萄糖靶标具有极高选择性，能够催化葡萄糖和氧反应，与电极结合可用于制备生物酶电极。以负载GOx作为生物识别分子的生物酶电极在食品工业、生物技术、医药健康、环境监测等方面具有极为重要的研究价值和应用前景，一直是生物传感器领域研究的热点。鉴于其在食品工业及诸多领域中的重要性，本文以碳基纳米材料作为导电载体，采用电化学分析方法，研究以GOx作为生物识别分子的电化学生物传感器的构筑及分析应用，对于开发快速、精准、高效的葡萄糖生物传感器提供了新的方法和思路，具有重要的实际应用意义。本文主要研究内容及结果如下: (1)碳基纳米材料的制备、结构表征与传感器电化学分析。通过选择性边缘氧化改性法制备了二维碳基纳米材料功能化边缘改性石墨烯(Edge-modifiedgraphene，FG),研究了羧基化多壁碳纳米管-功能化边缘改性石墨烯(CMWCNTs-FG)碳基涂层材料制备方法以及传感器电化学性能分析方法。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等分析方法分别对FG、CMWCNTs以及CMWCNTs-FG碳基材料的表层形态、内部形貌、元素价态以及红外光谱曲线进行表征。结果表明，FG、CMWCNTs和CMWCNTs-FG碳基材料分别呈现出显著的褶皱片层结构、弯曲管状结构以及清晰的三维复合材料网络结构。其中，FG主要由C、O元素组成，而FT-IR中显著的官能团特征峰变化证明了FG、CMWCNTs和CMWCNTs-FG碳基材料的成功合成。 (2)基于功能化边缘改性石墨烯表面修饰的葡萄糖电化学生物传感器的构筑。以FG作为导电载体修饰在玻碳电极(GCE)表面以形成功能化碳基电极，将葡萄糖氧化酶(GOx)作为生物识别分子、壳聚糖(CS)作为表面防污涂层先后滴注在碳基电极表面，成功获得了GCE/FG/GOx/CS葡萄糖电化学生物传感器，进一步探究了FG作为纳米填充材料构筑高性能电化学生物传感器的可行性。结果表明，GCE/FG/GOx/CS传感电极具有良好的电传感性能，对葡萄糖具有较高的检测灵敏度(50.11μA·mM-1·cm-2)和较宽的线性检测范围(0.05mM-2.00mM)，检测限则低至2.21μM。此外，该电极具有良好的选择性、重现性(n=7,相对标准偏差RSD=2.05％)、循环稳定性和储存稳定性(一周后响应电流保留97.09％),有望成为构筑高性能生物传感器的多功能纳米材料。 (3)用于制备葡萄糖高性能生物传感器的CMWCNTs-FG碳基电极的构筑。为进一步提高传感器的电传感性能，通过CMWCNTs-FG之间的π-π相互协同作用作为导电载体构筑葡萄糖氧化酶电化学生物传感器，以提高GOx的表面覆盖率和葡萄糖的高性能传感。研究结果表明，GCE/CMWCNTs-FG/GOx/CS传感器表面GOx表面覆盖率为4.21×10-9mol·cm-2,线性范围为0.05mM-3.60mM,灵敏度高达40.34μA·mM-1·cm-2,检出限低至1.66μM,具有良好的选择性、重现性(n=7,相对标准偏差RSD=1.52％)、循环稳定性和储存稳定性(一周后响应电流保留98.30％)。在真实饮料样品检测结果中表现出良好的回收率，为实现食品中快速、精准、高效的检测葡萄糖含量提供了一个可靠的设计思路和方法。
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