基本信息
- 項目名稱：
- 四針狀納米ZnO構建尿酸生物傳感器及其性能研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 尿酸是嘌呤代謝的最終產(chǎn)物,其濃度異常是人體疾病的反映。因此研制一種簡單、準確的測量尿酸含量的儀器有著重要的意義。我們以制備的四針狀納米ZnO為載體固定尿酸酶，構建尿酸生物傳感器。利用FESEM、HRTEM、XRD 拉曼光譜等對其表征。同時經(jīng)性能測量其線性探測下限為0.8μM，響應靈敏度約為80.0μA/(cm2.mM)。表明：這種獨特的納米結構在構建高敏感性的納米生物器件領域中有著良好的應用前景。
- 詳細介紹：
- 人體內(nèi)尿酸濃度異常是人體某些疾病的特定反映,例如痛風等疾病仍為人們所困擾。因此,研制一種簡單、準確、可行的測量尿酸含量的檢測儀器有著重要的意義. 它可以了解體內(nèi)細胞降解速度是否過快以及機體排泄尿酸的能力。 如果將尿酸濃度嚴格控制在正常生理范圍內(nèi),尿酸綜合癥就可以得到控制。尿酸的檢測在涉及臨床診斷研究方面具有重要意義,尿酸常用的檢測方法有酶分析法、伏安法 、高效液相色譜法等。 酶分析法、高效液相色譜法靈敏度高,但所需試劑和儀器昂貴難普及。 而利用四針狀納米氧化鋅制備的尿酸酶傳感器能克服上述缺點。不僅其制造成本低，制作工藝易于掌握，而且測量靈敏度高、選擇性好、穩(wěn)定性高， 將其應用于測定人體血液和尿樣中尿酸的濃度,是一種準確、快速、簡便的方法。 在本次工作中，我們利用化學氣象沉積法制備了四針狀納米ZnO，然后將其修飾在Au電極表面，并以此為載體固定尿酸氧化酶，以構建尿酸酶生物傳感器。通過FESEM HRTEM XRD 拉曼光譜等儀器對材料進行了表征。通過對電極響應電流系統(tǒng)的測量，該酶電極表現(xiàn)出對尿酸濃度的極其優(yōu)秀的微量響應，線性探測下限為0.8μM，響應靈敏度約為80.0μA/(cm2.mM)，響應時間約為9s。同時還研究了溫度與溶液PH值對電極電流響應的影響。這項研究證明：這種獨特的納米ZnO結構在構建高敏感性、快響應的納米生物器件的領域中有著良好的應用前景。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 尿酸(uric acid)是嘌呤代謝的最終產(chǎn)物,存在于血液和組織液中。尿酸濃度異常是人體疾病的反映,例如痛風等疾病正為人們所困擾。因此,研制一種簡單、準確、可行的測量尿酸含量的檢測儀器有著重要的意義。 基本思路：利用化學氣相沉積法制備四針狀納米ZnO構建尿酸生物電極，然后使用 XRD、SEM、拉曼光譜等儀器對其進行表征。最后探測所構建的生物電極對尿酸溶液的電信號響應以獲得電極的各方面性能。
科學性、先進性及獨特之處
- 科學性：工作原理:尿酸在尿酸酶的作用消耗氧生成尿囊素,并產(chǎn)生二氧化碳和過氧化氫,根據(jù)生成的過氧化氫在電極上還原所產(chǎn)生的電流,就可測得尿酸的濃度。 創(chuàng)新性：國際上首次將四針狀納米氧化鋅制備的酶電極用于對尿酸濃度的測量，并首次使用拉曼光譜對尿酸酶與氧化鋅的復合進行表征。 獨特處：構建的尿酸傳感電極與以往報導相比，表現(xiàn)出了對尿酸濃度的極其優(yōu)秀的微量響應，線性探測下限極低，靈敏度極高，響應時間短。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 尿酸濃度異常是人體某些疾病的特定反映。其常用的檢測方法有酶分析法、伏安法、高效液相色譜法等，靈敏度雖較高,但所需試劑和儀器昂貴難普及。利用四針狀納米氧化鋅制備的尿酸傳感器能克服上述缺點。不僅制造成本低，制作工藝易于掌握，而且測量靈敏度高、選擇性好、穩(wěn)定性高?？蓪⑵鋺糜趯θ梭w血液和尿樣中尿酸的濃度的測定，是一種準確、快速、簡便、低成本的方法。同時本作品也在納米材料與技術方面取得一些突破與進展。
學術論文摘要
- 在本次工作中，我們利用化學氣相沉積法制備了四針狀納米ZnO，然后將其修飾在Au電極表面，并以此為載體固定尿酸氧化酶，以構建尿酸酶生物傳感器。通過FESEM、HRTEM、XRD 拉曼光譜等儀器對材料進行了表征。通過對電極響應電流系統(tǒng)的測量，該酶電極表現(xiàn)出對尿酸濃度的極其優(yōu)秀的微量響應，線性探測下限為0.8μM，響應靈敏度約為80.0μA/(cm2.mM)，響應時間約為9s。與以往報道過的使用ZnO納米棒或ZnS量子點構建的尿酸傳感器相比有著更加優(yōu)異的性能。同時本工作還研究了溶液PH值對電極電流響應的影響。這項研究證明：這種獨特的納米ZnO結構在構建高敏感性、快響應的納米生物器件的領域中有著良好的應用前景。 關鍵詞：四針狀納米ZnO，尿酸，尿酸酶，生物傳感器，電化學
獲獎情況
- 本作品在2010年12月獲學校第十二屆“搖籃杯”課外學術科技作品競賽特等獎”
鑒定結果
- 無
參考文獻
- 郭偉玲，任湘菱， 唐芳瓊， 陳 東、 張琳，劉奉嶺，反膠束法制備納米氧化鋅及其在葡萄糖生物傳感器中的應用，過程工程學報，2007 年6 月，第7 卷第3 期. 盧旭曉，杜霞，薛玲，白慧萍，尹曉燕，李寶柱，張亞平，楊云慧，碳納米管和納米氧化鋅修飾的尿酸傳感器的研制，云南大學學報( 自然科學版)，2007，29 ( S1)：216～221. Yang Lei, Xiaoqin Yan, Ning Luo, Yu Song, Yue Zhang，ZnO nanotetrapod network as the adsorption layer for the improvement of glucose detection via multiterminal electron-exchange，Colloids Surf. A，2010，361, 169.
同類課題研究水平概述
- 生物傳感器作為生物醫(yī)用工程的重要組成部分已經(jīng)引起了研究人員的廣泛興趣。其中用來探測葡萄糖溶液和尿酸溶液的生物傳感器發(fā)展較為迅速。現(xiàn)階段的臨床檢測中，耗時過長的光學方法是主要的監(jiān)測手段。而在目前研究領域，許多科學家和團隊通過使用不同的先進材料修飾金電極來構成生物傳感器。 國內(nèi)外已針對尿酸傳感器開展了部分工作：如Zhang F. F.等使用修飾有尿酸酶/硫化鋅量子點/L-半胱胺的電極測量尿酸；Chen D. X.等用尿酸酶-硫堇-單壁碳管修飾的玻碳電極測量尿酸；Ndamanisha C. J.等采用有用羧基二戊鐵修飾的規(guī)律介孔碳玻碳電極來測量尿酸；Kannan P.等用由金顆粒自組裝的多層金電極來探測尿酸濃度；以及Schrenkhammer P.等構建光學生物傳感器來探測尿酸。 而本工作將四針狀納米氧化鋅制備的酶電極用于對尿酸濃度的測量，這在國際上尚屬首次。同時制備的生物電極表現(xiàn)出對尿酸濃度的極其優(yōu)秀的微量響應，線性探測下限為0.8μM，響應靈敏度約為80.0μA/(cm2.mM)，，響應時間約為9s。其比現(xiàn)有文獻所提到的尿酸傳感器性能指標有很大的提高。 例如 zhang等人曾先后于2006、2007年分別利用ZnS QDs、ZnO nanorods、Eggshell membrane制備了尿酸傳感器，探測極限最低達到過2μM，線性范圍最大為5-2000μM；Huang等人曾于2007年利用Carboxylated SWCNTs制備了尿酸傳感器，其靈敏度為34.2μA/(cm2.mM)，探測下限為2.5μM，線性范圍為2.5-17.5μM；Ndamanisha等人曾于2009年利用OMC-FC制備了尿酸傳感器，其靈敏度為22.4μA/(cm2.mM)，探測下限為1.8μM，線性范圍為60-390μM。
