磁性纳米粒子固定葡萄糖氧化酶修饰电极电致化学发光葡萄糖传感器
3.1.2 Fe3O4纳米粒子的氨基功能化表征
用红外光谱表征Fe3O4粒子表面氨基化修饰前后的变化。由图4可见,在Fe3O4粒子表面功能化修饰了氨基基团,Fe3O4粒子与氨基化Fe3O4粒子都具有Fe3O4粒子特征峰(583.235 cm-1);氨基化Fe3O4粒子具有SiO的伸缩振动特征峰(1409.675 cm-1)和氨基弯曲振动特征峰(1638.335 cm-1)。
3.1.3 酶复合磁性粒子的磁力测定
用振动样品磁强计(PAR115型)对移去磁铁而洗脱获得的酶复合磁性粒子进行磁力测量。复合粒子矫顽力较低,同时未见明显的剩磁和磁滞现象,其比饱和磁化强度σ仅为42.1 emu/g(图5)。由此可见,Fe3O4 /GOD复合粒子具有较强超顺磁性即在外磁场存在下有磁性,外撤除磁场则磁性消失,故可用于磁性分离。
3.2 酶电极的ECL行为
Fe3O4/GOD(a)和Fe3O4(b)粒子分别修饰的SPCE,在10 mL含0.1 mmol/L鲁米诺和1.0 mmol/L葡萄糖+0.1 mol/L硼酸钠缓冲溶液(pH= 8.0)中进行CV实验所得到ECL图(见图6)。实验条件:电位扫速为50 mV/s,扫描范围为0.2~1.4 V,采样速率10 T/S,放大倍数3。由图6可见,修饰在电极表面的Fe3O4粒子表面成功地共价固定了GOD,从而催化氧化葡萄糖生成鲁米诺ECL所需的H2O2。
3.3 缓冲液种类、pH值和温度的影响
研究了3种缓冲液: 0.1 mol/L硼酸钠、0.1 mol/L HAcNaAc和PBS(pH=8.0)作为支持电解质的影响。结果表明,0.1 mol/L硼酸钠缓冲溶液中ECL响应最高。
鲁米诺的ECL反应需在弱碱性条件下进行,考虑到葡萄糖氧化酶的生物活性受pH值影响较大,本研究考察了pH在7.0~9.5时ECL强度的变化。其中鲁米诺浓度为0.1 mmol/L,葡萄糖浓度为1.0 mmol/L。当pH=8.0时,鲁米诺的ECL强度最大,本实验选取pH=8.0。
酶的催化活性受温度影响较大。本实验用集热式恒温加热磁力搅拌器控制水浴温度,考察了20~60 ℃范围内酶电极的电流响应。当温度达到40 ℃时,响应最大。综合考虑温度对葡萄糖氧化酶电极寿命的影响,本实验均在室温25 ℃下进行。
3.4 鲁米诺浓度的影响
本实验考察了鲁米诺的浓度在0.01~1.2 mmol/L范围内对ECL强度的影响(图7)。由图7可知,随着鲁米诺的浓度由0.01 mmol/L增大到0.5 mmol/L时,溶液的ECL强度快速增大,之后趋于平稳饱和。因此,实验中鲁米诺的浓度为0.5 mmol/L。
3.5 葡萄糖的分析
取10 mL石英小烧杯,加入含一系列不同浓度的葡萄糖0.1 mol/L硼酸钠缓冲溶液(pH= 8.0)10 mL,此时鲁米诺浓度为0.5 mmol/L,按上述方法测定ECL的强度(图8)。葡萄糖在1×10-5~1.0×10-2 mol/L浓度范围内与ECL强度呈良好的线性关系:I=65.4374C+23.9017, r=0.9987; 检出限为1 μmol/L; 酶电极的响应时间约为10 s。
3.6 葡萄糖传感器的重现性、稳定性和选择性
通过移除ECL葡萄糖传感器上方的磁铁,用水冲SPCE电极表面,在0.5 mol/L HCl中清洗0.5 min,从而去除磁性复合粒子。重复2.2.2节的修饰过程,可实现磁性复合粒子的更新。每次电极更新后对1.0 mmol/L的葡萄糖进行测定,其RSD=3.9%(n=5)。而对于5批次相同条件下制得的传感器,其RSD=4.5%。考察一个月内组装有磁性复合粒子的工作电极对葡萄糖响应情况(不使用时,电极放置在4 ℃冰箱中保存)。结果表明,7天内电极响应基本不变,CV和ECL曲线形状也基本不变;14天后ECL强度约为原来的95%;1月后ECL强度下降85%。显然,用本实验方法固定GOD在Fe3O4纳米粒子表面,能在微环境下保持生物蛋白的活性,从而获得较好的稳定性。
考察了一些常见干扰物质对测定5.0×10-5 mol/L葡萄糖的影响。结果表明,10倍的尿酸和抗坏血酸对葡萄糖的检测的影响均<5%,说明本方法选择性好,这归功于酶促反应特异性和ECL的高灵敏度。
3.7 临床血清样品测试分析
按照实验方法对人血清样品(桂林理工大学附属医院提供)中葡萄糖的含量进行测定,结果见表1。结果表明,本方法测定结果与医院提供的临床分析结果相吻合。采用标准加入法测定了样品的回收率。表1 人血清中葡萄糖的测定及回收率实验结果(略)
从表1可见,测定结果与参考值基本吻合,回收率在95.2%~104%之间。说明本方法可用于临床样品的测定。
【参考文献】
1 XU GuoBao(徐国宝), DONG ShaoJun(董绍俊). Chinese J. Anal. Chem.(分析化学), 2001, 29(1): 103~108
2 Richter M M. Chem. Rev., 2004, 104(6): 3003~3036
3 Zhu L, Li Y, Zhu G. Sens. Actuat. B: Chem., 2002, 86(2~3): 209~214
4 Dai H, Wu X, Xu H, Wang Y, Chi Y, Chen G. Electrochim. Acta, 2009, 54(19): 4582~4586
5 Qiu B, Lin Z, Wang J, Chen Z, Chen J, Chen G. Talanta, 2009, 78(1): 76~80
6 Lin Z, Chen J, Chen G. Electrochim. Acta, 2008, 53(5): 2396~2401
7 Guo Z, Xue Y, Zheng X. J. Electroanal. Chem., 2009, 625(1): 47~52
8 LIU MengQin(刘梦琴), JIANG JianHui(蒋健晖), FENG YongLan(冯泳兰), SHEN GuoLi(沈国励), YU RuQin(俞汝勤). Chinese J. Anal. Chem.(分析化学), 2007, 35(10): 1435~1438
9 Bertoncello P, Forster R J. Biosens. Bioelectron., 2009, 24(11): 3191~ 3200
10 Liu X, Niu W, Li H, Han S, Hu L, Xu G. Electrochem. Commun., 2008, 10(9): 1250~1253
11 LI JianPing(李建平), CHEN XuZhou(陈绪胄). Acta Chim. Sinica(化学学报), 2008, 66(1): 84~90
12 LI JianPing(李建平), GAO HuiLing(高会玲), XIONG ZhiGang(熊志刚). Chem. J. Chinese Univ.(高等学校化学学报), 2008, 29(11): 2149~2154
13 Li J, Wei X, Yuan Y. Sensors and Actuators B., 2009, 140(2): 663~669
14 GAO HuiLing(高会玲), LI JianPing(李建平). Chinese J. Anal. Chem.(分析化学), 2008, 36(12): 1614~1618
15 CHENG GuiFang(程圭芳), HUANG CuiHua(黄翠华), ZHAO Jie(赵 洁), TAN XueLian(谭雪莲), HE PinGang(何品刚), FANG YuZhi(方禹之). Chinese J. Anal. Chem.(分析化学), 2009, 37(2): 169~173