基于二氧化鈦/碳納米管/殼聚糖納米復(fù)合薄膜制備葡萄糖生物傳感器

李俊華 鄺代治 馮泳蘭 劉夢琴 鄧華陽

(1衡陽師范學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)系，功能金屬有機材料湖南省高校重點實驗室，衡陽 421008)

(2湘潭大學(xué)化學(xué)學(xué)院，湘潭 411105)

基于二氧化鈦/碳納米管/殼聚糖納米復(fù)合薄膜制備葡萄糖生物傳感器

李俊華＊,1鄺代治1馮泳蘭1劉夢琴1鄧華陽2

(1衡陽師范學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)系，功能金屬有機材料湖南省高校重點實驗室，衡陽 421008)

(2湘潭大學(xué)化學(xué)學(xué)院，湘潭 411105)

利用殼聚糖(CHI)溶液分散了納米二氧化鈦(nano-TiO2)和多壁碳納米管(MWCNT)，將該分散液修飾于玻碳電極表面形成納米復(fù)合薄膜；用戊二醛為交聯(lián)劑在該納米復(fù)合層上固定了葡萄糖氧化酶(GOx)，同時以二茂鐵為電子媒介體構(gòu)建了一種新型葡萄糖傳感器。利用掃描電鏡(SEM)、交流阻抗(AC)對所制備的傳感器進行了表征，同時用循環(huán)伏安法(CV)和計時電流法(CA)考察了其對葡萄糖的電催化氧化性能。實驗結(jié)果表明，在優(yōu)化測試條件下該傳感器對葡萄糖在0.5～20.0 mmol·L-1范圍內(nèi)有線性響應(yīng)，檢出限為0.2 mmol·L-1；電流達到95%的穩(wěn)態(tài)時間小于5 s；此生物傳感器具有良好的重現(xiàn)性和選擇性，能有效排除抗壞血酸、尿酸等常見干擾物的影響并成功應(yīng)用于飲料中葡萄糖含量的測定。

納米二氧化鈦；碳納米管；葡萄糖氧化酶；生物傳感器

0 引 言

葡萄糖是生物體內(nèi)新陳代謝不可缺少的營養(yǎng)物質(zhì)，它氧化反應(yīng)放出的熱量是人類生命活動所需能量的重要來源。葡萄糖以游離的形式存在于植物的漿汁中，尤其以水果和蜂蜜中的含量為多，其定量測定在食品質(zhì)量控制中占有很重要的位置。同時糖尿病是世界范圍的一個公共健康問題，葡萄糖的臨床分析要求也日益提高。迄今為止，測定葡萄糖的方法主要包括動力學(xué)分光光度法[1]、激光拉曼光譜內(nèi)標法[2]、酶熒光毛細分析法[3]、酶催化熒光反應(yīng)法[4-5]及生物傳感器測定法[6-7]等。自1967年Updike等[7]研制出第一支葡萄糖氧化酶生物傳感器以來，由于其操作簡單、制作成本低、易微型化以及靈敏度高、響應(yīng)時間短、選擇性和穩(wěn)定性良好等優(yōu)點而被各國科學(xué)家廣泛研制。雖然無酶傳感器具有不受酶活性變化影響的優(yōu)點，但基于葡萄糖氧化酶的安培型電化學(xué)傳感器是研究最多的一類；從檢測生成雙氧水的第一代葡萄糖傳感器，依靠媒介體傳遞電子的第二代葡萄糖傳感器，到利用酶和電極間直接電子傳遞的第三代傳感器。酶的有效固定是酶生物傳感器制備的關(guān)鍵，它將直接影響到傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性。目前報道關(guān)于酶的固定方法主要有交聯(lián)法[8]、吸附法[9]、包埋法[10]等；固定酶的主要載體有金溶膠[9]、硅溶膠[10]以及各種納米復(fù)合材料[11-18]。為了得到實際應(yīng)用更廣泛的葡萄糖傳感器，新的酶固定方法和材料不斷被研究，以滿足在更復(fù)雜環(huán)境中葡萄糖的測定要求。制備酶生物傳感器另一個關(guān)鍵的步驟是如何降低酶基質(zhì)與電子媒介體之間的擴散阻礙；本文擬采用具有三維多孔結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合薄膜來提高酶的固定量及電子的傳遞速率。

納米材料具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)和介電限域效應(yīng)等不同于塊體材料和原子或分子的介觀性質(zhì)，加之具有導(dǎo)電性和完整的表面結(jié)構(gòu)，可作為優(yōu)良的電極材料。同時納米顆粒尺寸很小，表面的鍵態(tài)和電子態(tài)與內(nèi)部不同，導(dǎo)致其表面活性位點增加，用作催化劑時具有很高的活性和選擇性。納米構(gòu)界本身還可以改善酶電極的性能，如碳納米管(CNTs)[12-14]、金納米粒子[15-16]、普魯士藍納米粒子[17]以及Fe3O4納米粒子[18]等不僅增加了酶的負載量和穩(wěn)定性，并且可提高酶的催化活性，從而顯著提高酶電極的檢測靈敏度。CNTs是1991年發(fā)現(xiàn)的一種新型碳材料[19]，由于其具有奇特的電學(xué)性能、明顯的量子效應(yīng)、大的比表面積、高的穩(wěn)定性及強的吸附性能而被廣泛研究。利用CNTs對電極表面進行修飾時，除了可將材料本身的物化特性引入電極界面外，同時還擁有納米材料的大比表面積和粒子表面帶有較多功能基團等特性，從而對某些物質(zhì)的電化學(xué)行為產(chǎn)生特有的催化效應(yīng)[20]。另外，CNTs的引入還可降低底物的過電位，促進電子傳遞、增大電流響應(yīng)，提高電化學(xué)反應(yīng)的速率以及電極的選擇性和靈敏度，可以測定多種具有電活性和非電活性的樣品[21-22]。納米二氧化鈦(nano-TiO2)是目前研究較為活躍的無機納米材料之一[23]，其不僅具有顆粒小、比表面積大、光吸收性好、表面活性大、催化效率高和分散性能好等優(yōu)點[24-25]，同時還兼具良好的生物兼容性和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性而被廣泛用于構(gòu)建生物傳感器[26-27]和制備新能源材料[28-29]。目前 nano-TiO2已成功地用于固載酶、DNA等生物活性物質(zhì)，其可提高酶的吸附量和穩(wěn)定性以及增強酶的生物活性[26-27]。殼聚糖(CHI)是甲殼素脫乙?；漠a(chǎn)物，是一種無毒的天然高分子化合物，具有優(yōu)良的生物兼容性，有利于保持酶的生物活性，而且CHI在作固定活性酶載體的同時還能抑制一些生物小分子的電化學(xué)反應(yīng)，可用來研制抗干擾性好的生物傳感器[6]。

本文以nano-TiO2和多壁碳納米管(MWCNT)為主要載體，將其分散到CHI溶液中形成納米復(fù)合薄膜；應(yīng)用交聯(lián)法將葡萄糖氧化酶(GOx)固定于納米復(fù)合膜上，并結(jié)合電子媒介體制得一種新型葡萄糖生物傳感器。利用掃描電鏡(SEM)和交流阻抗(AC)對所制備的傳感器進行了表征，同時考察了葡萄糖在傳感器上的電化學(xué)行為和優(yōu)化測定條件。實驗結(jié)果表明，該傳感器具有靈敏度高、抗干擾性強以及使用壽命長等優(yōu)越性能，從而具備潛在的實用價值。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

CHI660D電化學(xué)工作站 (上海辰華儀器公司)；JSM-6700F型場發(fā)射掃描電鏡(日本JEOL公司)；超聲波清洗機 (寧波海曙科生超聲設(shè)備公司)；pHS-3C精密pH計(上海雷磁儀器廠)；DF-101Z型恒溫磁力攪拌器(鄭州長城科工貿(mào)公司)。

MWCNT(純度大于95%，深圳納米港公司)；nano-TiO2(純度大于 99%，德國 Digussa公司)；GOx(EC 1.1.3.4，200 U·mg-1，Sigma 公司)；葡萄糖 (國藥集團上海化學(xué)試劑公司)；戊二醛(25%，國藥集團上?；瘜W(xué)試劑公司)；CHI(脫乙酰度 75%～85%，Sigma公司)；Na2HPO4-NaH2PO4緩沖溶液(PBS)；二茂鐵 (純度＞98%，湖南湘中化學(xué)試劑有限公司；溶于乙醇后分散在PBS中使用，后文描述的二茂鐵濃度均指其分散在測試底液中形成的最終濃度)；其它試劑均為分析純，實驗用水為二次蒸餾水。

1.2 傳感器的制備

將玻碳電極(GCE，Φ=3 mm)依次用 0.3 和 0.05 μm的Al2O3粉拋光使成鏡面，然后依次用無水乙醇、1∶1硝酸和蒸餾水超聲清洗待用。將MWCNT于20%HNO3中浸泡14 h，過濾洗至中性，晾干至恒重，得純化的MWCNT；然后將純化的MWCNT管于混 酸(VHNO3∶VH2SO4=1∶3)中超聲 5 h，水洗至中性，抽濾，120℃烘干即得羧基化MWCNT。取處理過的MWCNT和nano-TiO2各2 mg同時加入到20 mL 0.2%CHI溶液中，超聲分散30 min，取此懸濁液5 μL均勻滴加在處理好的GCE表面上，用紅外燈烘干即得到TiO2/MWCNT/CHI/GCE。然后，以0.25%的戊二醛為交聯(lián)劑，取其1 μL滴加在修飾電極表面于室溫晾干后滴涂 2 μL GOx溶液 (1wt%，pH 6.8 PBS)于4℃冰箱中存放12 h以上備用。為了進行比較，分別將MWCNT和 nano-TiO2單獨分散在CHI溶液中，按上述方法制成MWCNT/CHI/GCE和TiO2/CHI/GCE。

1.3 電化學(xué)測試方法

采用三電極實驗裝置：修飾電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑絲電極為對電極。在室溫下，以 2.5 mmol·L-1K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]混合0.1 mol·L-1KCl為底液，采用循環(huán)伏安法(CV)和 AC法對電極的修飾過程進行表征。此外，以pH 6.8的PBS為測試底液，在不同實驗條件下利用CV法和計時電流法(CA)考察葡萄糖測試的優(yōu)化條件和線性響應(yīng)。

2 結(jié)果與討論

2.1 傳感器的電鏡表征

從圖1a可見，放大1.5萬倍的TiO2/MWCNT/CHI薄膜像花簇一樣展開，MWCNT和CHI類似花桿和花莖，TiO2類似花蕊，它們在整體上呈現(xiàn)出三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；同時有許多孔隙存在，這種多孔網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)非常適合生物酶的固定。從圖1b觀察到放大10萬倍后的薄膜，MWCNT呈線條狀，TiO2呈管點狀，兩者都未出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，靜止放置一段時間后也未出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，說明CHI溶液能將它們很好的分散；且納米材料直徑都在20～60 nm范圍內(nèi)，能很好的形成納米復(fù)合膜。

2.2 傳感器的電化學(xué)表征

圖2表示在偏置電位為0.0 V時,電壓振幅為5 mV,頻率為 0.1～105Hz 時以 2.5 mmol·L-1K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]為探針，不同電極在 0.1 mol·L-1KCl底液中的交流阻抗譜圖譜。從圖中可見，探針離子在裸GCE(a)和TiO2/CHI/GCE(b)上由于其半圓型阻抗非常小而未明顯形成，卻出現(xiàn)了一近似直線；說明此時電子很容易到達電極表面，電化學(xué)阻抗較小，電極過程主要受到擴散控制。探針離子在MWCNT/CHI/GCE(c)和TiO2/MWCNT/CHI/GCE(d)上于高頻區(qū)出現(xiàn)一半圓，對應(yīng)電化學(xué)極化；隨后低頻區(qū)出現(xiàn)一直線，對應(yīng)于濃差極化；且探針離子在TiO2/MWCNT/CHI/GCE上的電化學(xué)阻抗值 (Rct，約145 Ω)小于其在 MWCNT/CHI/GCE上的 Rct(約 190 Ω)，說明納米膜中隨TiO2的加入有利于電極表面與活性物質(zhì)之間形成電子通道，從而提高了電子在復(fù)合薄膜修飾傳感器上的轉(zhuǎn)移速率；而MWCNT的加入有利于薄膜形成多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)利于更多的活性物質(zhì)進行富集。探針離子在GOx/TiO2/MWCNT/CHI/GCE上的Rct(約165 Ω)稍大于其在TiO2/MWCNT/CHI/GCE上的Rct，說明GOx成功地固定在納米復(fù)合膜上。

圖 3 表示在掃速為 50 mV·s-1時，以 2.5 mmol·L-1K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]為探針，不同電極在 0.1 mol·L-1KCl底液中的循環(huán)伏安圖。從圖中可見，探針離子在裸GCE(a)和TiO2/CHI/GCE(b)上的氧化還原峰電流最大，說明其電化學(xué)阻抗較小，利于電子的轉(zhuǎn)移。探針離子在TiO2/MWCNT/CHI/GCE(d)上的氧化還原峰電流大于其在 MWCNT/CHI/GCE(c)上的氧化還原峰電流；進一步說明了TiO2的加入易于形成電子轉(zhuǎn)移通道，利于活性物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。同時在TiO2/MWCNT/CHI/GCE上的氧化與還原峰電流大小相近，峰電位相差較小(約 62 mV)；且當掃速在10～300 mV·s-1變化時，氧化峰電流與掃速的平方根成正比，說明探針離子在該傳感器上的電化學(xué)反應(yīng)是一個可逆過程。對于可逆過程，在不同掃速下根據(jù)[30]Ipa=2.69×105n3/2AC0DR1/2v1/2可以計算修飾電極的表觀面積(其中Ipa表示氧化峰電流，C0表示溶液本體濃度，n表示電子轉(zhuǎn)移數(shù)，A表示表觀面積，v 表示掃速)。 對于 K3[Fe(CN)6]，n=1，DR=5.9×10-5cm·s-1，通過計算可知TiO2/MWCNT/CHI/GCE的表觀面積為 0.183 5 cm2， 相比 TiO2/CHI/GCE(0.1192 cm2)和 MWCNT/CHI/GCE(0.134 0 cm2)的表觀面積分別增加近54%和37%，說明由兩種納米材料同時分散在CHI中形成的復(fù)合薄膜具有最大的表觀面積，利于更多的生物酶在該表面上進行固定。另外，探針離子在GOx/TiO2/MWCNT/CHI/GCE(e)上氧化還原峰電流稍小于其在TiO2/MWCNT/CHI/GCE(d)上的氧化還原峰電流，進一步說明了GOx成功地固定在納米復(fù)合膜上。

2.3 傳感器的電化學(xué)性能

圖4表示了GOx/MWCNT/CHI/GCE在不同電解液中的循環(huán)伏安圖。從圖可見該酶電極在pH為6.8的PBS底液中背景電流較小，而其在含0.2 mmol·L-1二茂鐵的底液中出現(xiàn)峰型較好的氧化還原峰，這對應(yīng)于二茂鐵的氧化還原反應(yīng)。同時進一步實驗證明，當掃速在10～300 mV·s-1之間變化時，峰電位基本不變；且峰電流與掃速的平方根成正比，說明該電化學(xué)過程是一典型的擴散控制過程。當葡萄糖加入含 0.2 mmol·L-1二茂鐵的PBS底液中時，二茂鐵的氧化峰電流增加，還原峰電流急劇減小至不明顯；同時隨著葡萄糖濃度的增加，二茂鐵的氧化峰電流也增加，表明該過程是一個典型的電催化過程。圖4插圖表示了3種電極在含0.2 mmol·L-1二茂鐵的PBS底液中的循環(huán)伏安曲線。從圖中可見，二茂鐵在GCE、TiO2/MWCNT/CHI/GCE和GOx/TiO2/MWCNT/CHI/GCE上的氧化還原峰電流有依次減小趨勢，說明納米復(fù)合薄膜能穩(wěn)定地修飾在電極表面，而復(fù)合薄膜和GOx的存在對二茂鐵的擴散有一定的阻礙作用；但擴散阻礙并不會降低傳感器的響應(yīng)和靈敏度[31-32]，也說明了GOx/TiO2/MWCNT/CHI對于電子媒介體二茂鐵是一傳質(zhì)阻礙較小的納米膜。同時3種電極的氧化還原電位均出現(xiàn)在300 mV和240 mV左右，所以二茂鐵可以在電極表面無阻礙地與電化學(xué)活性位點交換電子。

圖5為4種酶電極在0.2 mmol·L-1二茂鐵混合16 mmol·L-1葡萄糖的 PBS(pH 6.8)底液中產(chǎn)生的循環(huán)伏安圖。從圖中可見GOx/GCE(a)、GOx/TiO2/CHI/GCE(b)和GOx/MWCNT/CHI/GCE(c)對葡萄糖的響應(yīng)較小，GOx/TiO2/MWCNT/CHI/GCE(d)對葡萄糖電催化響應(yīng)最為靈敏，其氧化峰電流最大，峰電位約為0.3 V。從上述比較可知，由于多孔的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和大的表觀面積，GOx已牢固地固定在 TiO2/MWCNT/CHI薄膜上，利于葡萄糖的氧化反應(yīng)發(fā)生。同時也說明電子媒介體二茂鐵能夠在電極表面與固定在納米復(fù)合膜中的GOx的氧化還原中心之間可以進行有效地電子傳輸，使得該傳感器對葡萄糖表現(xiàn)出良好的電催化氧化作用。GOx依賴的催化反應(yīng)機理可以用下列式子表示：

式中Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)分別代表二茂鐵的還原態(tài)與氧化態(tài)形式，GOx(FAD)和GOx(FADH2)分別代表葡萄糖氧化酶的氧化態(tài)和還原態(tài)。

2.4 傳感器響應(yīng)的優(yōu)化條件

2.4.1 酶的固定量影響

酶反應(yīng)速率很大程度上決定于酶的活性，酶的固定量將直接影響生物傳感器的靈敏度。在TiO2/MWCNT/CHI薄膜上分別滴加2 μL含不同酶量的酶溶液(1.0、3.0、5.0、7.0、9.0 mg·mL-1)制得一系列葡萄糖傳感器，考察固定化酶量對傳感器響應(yīng)性能的影響。結(jié)果表明，傳感器電流響應(yīng)值隨著酶含量的增加而急劇增大，而當酶用量大于5.0 mg·mL-1時，其響應(yīng)增大值趨于平緩。因此，本實驗選用含量為5.0 mg·mL-1的葡萄糖氧化酶來修飾電極。

2.4.2 電子媒介體濃度的影響

在pH值為6.8的PBS底液中，分別加入乙醇配制的不同濃度二茂鐵(0.05～0.5 mmol·L-1)，考察其對葡萄糖傳感器電流響應(yīng)值的影響。隨著二茂鐵濃度的增加，葡萄糖氧化峰電流有微幅的增大。但當二茂鐵濃度大于0.2 mmol·L-1時，傳感器的響應(yīng)電流無多大變化，同時考慮到二茂鐵的溶解性所以實驗選用電子媒介體的濃度為 0.2 mmol·L-1。

2.4.3 工作電位的影響

用CA法考察了工作電位對葡萄糖傳感器電流響應(yīng)值的影響。在混合0.2 mmol·L-1二茂鐵和16 mmol·L-1葡萄糖的 PBS(pH 6.8)底液中，于不同工作電位(0.0～0.5 V)下測定其穩(wěn)態(tài)電流。 當電位從 0.0 V增大至0.3 V過程中，響應(yīng)電流逐漸升高，在0.3 V時達到最大值；而大于0.3 V后，電流增幅不大趨于穩(wěn)定。因此，本實驗選用0.3 V的工作電位為宜。

2.4.4 pH 值的影響

在同時含有 0.2 mmol·L-1二茂鐵和 16 mmol·L-1葡萄糖的 PBS底液中，考察緩沖液pH值在5.0～9.0范圍內(nèi)對本傳感器響應(yīng)的影響。 pH 值在6.0～8.0之間時，葡萄糖氧化峰電流值較大且較為穩(wěn)定；當 pH＜6.0 或 pH＞8.0 時，電流響應(yīng)值明顯降低。過酸或過堿的底液會破壞酶的結(jié)構(gòu)而使之活性降低，從而導(dǎo)致傳感器靈敏度下降；故本實驗選用pH值為6.8的PBS底液。

2.4.5 測試溫度的影響

控制測試溫度分別為 10、20、30、40 和 50 ℃，考察實驗溫度對該葡萄糖傳感器的影響。隨著溫度的升高，葡萄糖氧化峰電流值呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。考慮到在高溫條件下酶容易失活，所以本實驗控制溫度為30℃。

2.5 線性范圍、檢出限和米氏常數(shù)

在上述優(yōu)化實驗條件下，基于TiO2/MWCNT/CHI納米復(fù)合膜制備的生物傳感器對葡萄糖催化氧化的電流響應(yīng)值與其濃度在 0.5～20.0 mmol·L-1之間呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為I(mA)=0.009 84C(mmol·L-1)+0.029 27(r=0.998 1)；電流達到95%的穩(wěn)態(tài)時間小于5 s。以3倍空白的標準偏差除以標準工作曲線的斜率計算出傳感器的檢出限為0.2 mmol·L-1；以標準工作曲線的斜率值比上該工作電極表觀面積得到傳感器靈敏度為 53.62 μA·cm-2·(mmol·L-1)-1；本法得到的靈敏度高于分別使用Fe3O4/CHI/Nafion[11.54 μA·cm-2·(mmol·L-1)-1][18]和AuNP/MWCNT[7.3 μA·cm-2·(mmol·L-1)-1][15]納米復(fù)合膜所制備的生物傳感器靈敏度。米氏常數(shù)Km(Michaelis-Menten Conxtent)是酶催化反應(yīng)的特征動力學(xué)參數(shù)，該參數(shù)能表征酶與底物之間親和力的大小。Km可由Lineweaver-Burk方程[33]1/Iss=1/Imax+Km/(CImax)求得；式中Iss為加入一定濃度底物后測得的穩(wěn)態(tài)電流，C為Iss對應(yīng)的底物濃度，Imax為加入底物達飽和后測得的最大電流值。通過1/Iss與1/C作圖求得Lineweaver-Burk方程的斜率和截距，從而求得米氏常數(shù)為 6.18 mmol·L-1。 相比用 TiO2溶膠-凝膠固定 GOx(8.04 mmol·L-1)[34]以及殼聚糖和碳納米管固定 GOx(19.30 mmol·L-1)[35]得到的米氏常數(shù)，本法得到米氏常數(shù)較低，表明該傳感器對葡萄糖有較強的親和能力。

2.6 葡萄糖傳感器的重現(xiàn)性、壽命和抗干擾性

每間隔10 h用同一傳感器對16 mmol·L-1葡萄糖溶液進行測定，重復(fù)10次所得相對標準偏差(RSD)為3.2%。用相同納米復(fù)合膜制得10個葡萄糖傳感器，對 16 mmol·L-1葡萄糖溶液進行測定，RSD為4.8%。將所制備的傳感器存放于4℃冰箱中，兩周后信號響應(yīng)值為初始值95.4%；2個月后信號響應(yīng)值為初始值的84.2%。實驗結(jié)果表明，所制得的TiO2/MWCNT/CHI納米復(fù)合薄膜能將GOx牢固地固定在電極表面，并能保持長時間的生物活性。

在實際樣品測定時，一些葡萄糖共存物可能會對測定產(chǎn)生影響。本實驗考察了30倍的抗壞血酸、尿酸、半胱氨酸、賴氨酸、甘氨酸、酪氨酸等多種干擾物質(zhì)對葡萄糖測定的影響。實驗結(jié)果表明，這些物質(zhì)對葡萄糖的測定幾乎不產(chǎn)生干擾，說明本文制得的生物傳感器具有較好的選擇性和較強的抗干擾能力。

2.7 實際樣品的測定

分別取某品牌4種不同水果汁飲料，用含 0.2 mmol·L-1二茂鐵的 PBS(pH 6.8)溶液稀釋 100 倍后測定其葡萄糖含量。在本文確定的最佳實驗條件下，采用CA法測定了上述4個樣品中葡萄糖的含量(每個樣品測定5次取平均值)。同時進行了加標回收率試驗，回收率在 98.0%～106.0%之間(測定結(jié)果見表1)，所得結(jié)果令人滿意。

表1 飲料樣品中葡萄糖含量的測定結(jié)果Table 1 Glucose content determination results of beverage samples

3 結(jié) 論

本文以納米二氧化鈦、多壁碳納米管和殼聚糖復(fù)合薄膜為載體，利用戊二醛為交聯(lián)劑和二茂鐵為電子媒介體制備出一種新型的葡萄糖生物傳感器；該傳感器將納米顆粒和有機功能材料的優(yōu)點有機地結(jié)合起來。采用納米膜構(gòu)成的復(fù)合固酶基質(zhì)，增強了GOx活性中心與電子媒介體之間電子的傳遞速率；以交聯(lián)法固定GOx于納米膜表面，解決了其易溶于水的問題；同時該傳感器具有靈敏度高、使用壽命長和抗干擾性強等優(yōu)點；另外其制作過程簡單，成本較低，可重復(fù)使用，具有潛在的商用價值。

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Preparation of Glucose Biosensor Based on the Nanocomposite Film of Titanium Dioxide/Carbon Nanotubes/Chitosan

LI Jun-Hua＊,1KUANG Dai-Zhi1FENG Yong-Lan1LIU Meng-Qin1DENG Hua-Yang2

(1Key Laboratory of Functional Organometallic Materials of Hunan Province College,Department of Chemistry and Material Science,Hengyang Normal University,Hengyang,Hunan 421008,China)
(2College of Chemistry,Xiangtan University,Xiangtan,Hunan 411105,China)

A nanocomposite film was prepared by dispersing titanium dioxide nanoparticles (nano-TiO2)and multi-wall carbon nanotubes(MWCNT)into chitosan(CHI)solution.The glucose oxidase(GOx)was immobilized on this nanocomposite film through cross-linking reactions with glutaraldehyde,and a new glucose sensor was constructed using ferrocene as an electron transfer medium.The prepared sensor was characterized by scanning electron microscope (SEM)and alternating current impedance (AC),and its electrocatalytic performances for glucose were also investigated by cyclic voltammetry(CV)and chronoamperometry(CA).The experimental results showed that the sensor exhibited linear response for glucose in the range of 0.5 ～20.0 mmol·L-1under the optimized testing condition,and the detection limit was 0.2 mmol·L-1.The current achieved its 95%steady state value within 5 s.This biosensor,which had favorable reproducibility and selectivity,can obviate the influence of the common interferent such as ascorbic acid and uric acid.This sensor was successfully applied to determine the content of glucose in beverage.

nano-TiO2;carbon nanotubes;glucose oxidase;biosensor

O657.1

A

1001-4861(2011)11-2172-07

2010-12-13。收修改稿日期：2011-07-21。

湖南省教育廳創(chuàng)新平臺開放基金(No.09K099，No.10K010)，衡陽市科技局(No.2009KG50)和衡陽師范學(xué)院青年骨干教師基金(2010)資助項目。

＊通訊聯(lián)系人。 E-mail：junhua325@yahoo.com.cn