1、毕业论文 开题报告 环境工程 基于壳聚糖和 HPR 的新型葡萄糖生物传感器的研究 一、选题的背景、意义 血糖只是指血液中的葡萄糖而言，不包括果糖、半乳糖等单糖。正常人血糖处于动态平衡状态，也就是说血糖只是在一个狭窄的范围内变动。多数人空腹血糖多在 3， 3 6 1mmol L 之内，餐后半小时及 1 小时血糖不超过 11 11mmol L 范围。血糖的来源包括食物消化、吸收、肝内储存的糖原分解、从脂肪和蛋白质糖异生等。血糖的去路，包括氧化转为能量 ;转化为糖原储于肝脏、肾脏和肌肉中；转变为脂肪和蛋白质等其他营养成分加以储存。人体 调节血糖的重要系统和器官包括内分泌神经系统。肝脏能通过储存和释放
2、葡萄糖来调节血糖，神经系统可通过对糖类的摄取、消化、利用和储存等直接作用来调节血糖；也能通过内分泌系统间接影响血糖；而内分泌系统则可分泌多种激素调节血糖。肝脏、神经和内分泌系统共同合作，维护着血糖的稳定。 目前只有通过控制血糖浓度的方法来控制糖尿病发病率，因此创建一种快速、稳定、精确测定血糖浓度的方法成为研究者关注的焦点。 二、相关研究的最新成果及动态 生物传感器研究起源于 20 世纪的 60 年代， 1967 年 Updike1和 Hicks 把葡萄糖氧 化酶 (GOD)固定化膜和氧电极组装在一起，首先制成了第一种生物传感器，即葡萄糖酶电极。到 80 年代生物传感器研究领域已基本形成。其标志
3、性事件是：1985 年 “ 生物传感器 ” 国际刊物在英国创刊； 1987 年生物传感器经典著作在牛津出版社出版； 1990 年首届世界生物传感器学术大会在新加坡召开，并且确定以后每隔二年召开一次。 此后包括酶传感器的生物传感器研究逐渐兴旺起来，从用一种或多种酶作为分子识别元件的传感器，逐渐发展设计出用其他的生物分子作识别元件的传感器，例如酶 底物、酶 辅酶、抗原 抗体、激素 受体、 DNA 双螺旋 拆分的分子等，把它们的一方固定化后都可能作为分子识别元件来选择地测量另一方。除了生物大分子以外，还可以用细胞器、细胞、组织、微生物等具有对环境中某些成分识别功能的元件来作识别元件。甚至可以用人工合
4、成的受体分子与传感器结合来测定微生物、细胞和相关的生物分子。 与生物活性材料组合的传感器可以是多种类型的物理或化学传感器，如电化学（电位测定、电导测定、阻抗测定）、光学（光致发光、共振表面等离子体）、机械（杠杆、压电反应）、热（热敏电阻）或者电（离子或者酶场效应晶体管）等等。所有这些具有生物识别功能的组合体通称为生 物传感器。 中国生物传感器研究始于 20 世纪八十年代初，从事生物传感器研究的科研机构有中国科学院微生物所、中国科学院上海生化所、上海冶金所、中国科学院武汉病毒所、华东理工大学和山东省科学院生物研究所等单位，直至今日，这些单位仍在生物传感器领域进行着创新研究和开发。最早展开生物传感
5、器的研讨活动是 1986 年由中国微生物协会酶工程专业技术委员会组织的第一届工业生化及酶工程全国学术会议。中国酶工程专业技术委员对这一领域的国内外学术交流起到很好的作用，其活动包括定期召开的全国性酶工程学术会议和每隔二年一次的中日酶工程学 术会议，其中生物传感器都是重要的研讨议题。 20 世纪九十年代至今我国生物传感器研究队伍逐渐扩大，其标志之一是近10年来在中国国内期刊上发表的以生物传感器为关键詞的论文总数达到 650篇，其中 2003 年的论文数量比 1994 年增加了约一倍。近十年的该领域专家的研究背景也从生物学扩大到化学和电子学。 1999 年这一领域主要研究单位和专家集体编撰的专著
6、“ 中国生物传感器进展 ” 一书在美国出版 2 ，表明了生物传感器领域学科相互交叉的趋势。 当前我国生物传感器产业化现状和市场特点是：我国自主研发生物传感器产品及跨国企业集团在 中国推出的产品共存并相互竞争。一些掌握生物传感器技术的跨国大企业集团，看好被称为 “ 世界工厂 ” 的中国市场，采取技术输出的途径，吸收我国的技术力量和销售途径，在我国市场上进行生物传感器的开发、产品制造和销售。一部份海外留学归国的生物传感器专门人才也将自己的成果在中国转化并设厂办企业。家用保健类生物传感器技术已率先较好地实现了产业化突破，取得了显著经济效益。固定化酶生物传感器作为一类多品种的精密科学仪器，支撑了一部份
7、生物技术过程检测，对传统生物产业技术改造具有重要意义。我国生物传感器产业表现的空前繁荣景象代表了当 前世界生物传感器产业的主要潮流。而 基于金纳米棒 -壳聚糖复合膜的葡萄糖生物传感器 3、无酶葡萄糖传感器 4、可抛弃型葡萄糖传感器 5、 超分子静电自组装制备新型葡萄糖生物传感器 6、 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 7, 纳米铂颗粒修饰薄膜金电极的新型葡萄糖传感器 8， 等等都为我国研究成果。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标 研究内容 壳聚糖生物相容性好，对酶有很好的亲和力，并能有效防止酶的渗漏，因此将壳聚糖和葡萄糖氧化酶固
8、定在电极表 面。 葡萄糖氧化酶催化溶液中的葡萄糖发生氧化反应生成 H2O2， 溶液中的辣根过氧化酶 (HRP)催化生成的 H2O2 分解成羟基自由基 ， 羟基自由基不可逆地氧化非电活性的 Amplex UltraRed 生成水和具有电活性的 resorufin（ 7-羟基 -3H-吩噁 -3-嗪酮 ） 。 Resorufin 在大约 -0.1V（ vs.SCE）发生一个可逆的 2 电子还原的化学反应生成 dihydroresorufin 而被检测，从而达到间接地检测葡萄糖的目的。通过电化学方法研究该修饰电极对 H2O2的电化学性质，并对其催化机理进行探讨，考查该修饰电 极的选择性、重现性和稳定
9、性。最后 我们试图制备一种响应时间更快，灵敏度更高的葡萄糖传感器。 研究方法： 1 葡萄糖传感器的制备 2 Amplex UltraRed 和 HRP 对 H2O2的电催化性质研究 3 Amplex UltraRed 和 HRP 催化 H2O2的催化机理探讨 4 新型 GOD/CHIT 葡萄糖传感器对葡萄糖的检测 5 新型 GOD/CHIT 葡萄糖传感器的选择性：考查 实际样品中，一些共存物质对传感器的干扰，从而考查该修饰电极对葡萄糖检测的选择性 6 新型葡萄糖传感器对葡萄糖检测的重现性和稳定性 难点： 使用氧化还原 媒介体需要使用指示剂，需要寻找没有干扰的指示剂，指示剂可能具有氧化还原性质而
10、产生争议，需要使用了本身没有电活性的媒介体。 预期目标： 将 Amplex UltraRed 用于基于酶的生物传感器的电化学研究，致力于制备响应时间更快，灵敏度更高的葡萄糖传感器。我们使用 生物相容性好， 对酶有很好的亲和力，并能有效防止酶的渗漏的壳聚糖将葡萄糖氧化酶固定在电极表面从而制得一种新型的葡萄糖传感器，并对此电极的电化学性质进行了研究。由于Amplex UltraRed 和 HRP 的引入，使得该传感器具有较低的工作电位，避免了大多数还 原性物质的干扰。 四、论文详细工作进度和安排 2010.09-2010.11 指导老师下达任务，并做好准备工作 2010.11-2010.12 收集
11、资料，文献检索，对文献进行整理 2010.12-2010.12 完成与论文相关的外文翻译并开始实验阶段 2010.12-2011.01 完成文献综述与开题报告 2011.1-2011.4 实验阶段并整理数据 2011.4- 2011.5 完成实验并整理数据 2010.5-2011.6 毕业论文修改并定稿 五、主要参考文献 1 Updike S.J Hicks G P The enzyme electrode， Nature, 1967 2 王尔康主编， Advances in Biosensors， Volumel: A Chinese Perspective, 1999,JAI PRESS
12、INC 3 杜爱铭 任湘菱 唐芳琼 基于金纳米棒 -壳聚糖复合膜的葡萄糖生物传感器 J.影像科学与光化学。 2008， 4： 271 4 赵常志 李明华 焦奎 无酶葡萄糖传感器 J. 第九届全国电分析化学学术会议论文集 . 2005,10: 293-294 5 王建文 可抛弃型葡萄糖传感器 J.苏州 大学。 2008 6 黄亮 韩松岩 刘东波 等 超分子静电自组装制备新型葡萄糖生物传感器 J. 第八届敏感元件与传感器学术会议论文集 .2003,9: 672-677 7 熊志刚 李建平 陈志强 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 J.分析化学。 2010， 6 8 姜利英 蔡新霞 刘红敏 等 纳米铂颗粒修饰薄膜金电极的新型葡萄糖传感器研究 J.分析化学 .2008,11
