小说ZnO-Methylene蓝纳米复合矩阵若应用程序

文摘

一种新颖的混合矩阵的锌oxide-methylene蓝色(ZnO-MB)已经成功开发了若应用程序。亚甲蓝到氧化锌薄膜的引入导致减少电荷转移电阻,并建议增加电子转移的综合能力。葡萄糖氧化酶(气态氧)被选为模型表面的有效酶和固定化混合ZnO-MB纳米复合矩阵。电化学测量是用来研究若反应的气态氧/ ZnO-MB / ITO bioelectrode葡萄糖浓度的函数。低氧化潜力(−0.23 V)的混合bioelectrode mediatorless电解质,使其耐药与其他生物分子的干扰。Michaelis-Menten常数(2.65毫米)的低价值表明,固定化气态氧保留了酶活性明显表面的纳米复合材料混合矩阵,结果在一个增强亲和力对其底物(葡萄糖)。ZnO-MB纳米复合材料混合矩阵,表现出增强的传感响应(0.2μ一个mm⁻¹厘米⁻²)长保质期(> 10周),有潜力的实现一个集成若设备。

1。介绍

尽管过去十年已经见证了一个快速增长的研究、开发和营销的生物传感器仍然没有明确的具体取得了一致赞成biomatrix [1- - - - - -7]。现代的生物传感器将免费生物分子的自然敏感性和特异性与微电子学的优势,通过合适的biomatrix台实现芯片实验室设备(1]。氧化锌,宽的带隙半导体,最近抓科学界的注意在生物传感器领域中的应用由于其新颖的属性如高的等电点(IEP)和生物相容性。由于其高IEP氧化锌表面的矩阵可以吸附生物催化剂在低IEP (~4.2对葡萄糖氧化酶)通过静电相互作用。的可能性越来越大面积薄膜的氧化锌纳米结构在各种材料上以一个相对低的成本导致了发展的良好进展ZnO-based生物传感器(8- - - - - -12]。最近,我们已经证实氧化锌提供直接的电荷转移固定化酶和他们保持生物活性表面(10]。然而,由于缺乏在氧化锌、氧化还原电对电流型生物传感器必须依赖于氧化检测H₂O₂过程中产生的反应。重要的是要注意,氧化潜力的H₂O₂足够高电子信号造成干扰,与其他生物分子存在于血清,从而阻碍生物传感器的小型化。此外,ZnO-based传感器需要一个电子转移试剂(中介)电解液。因此,小说biomatrix本质上是要求实验室芯片装置,可以用于生物分子的有效检测。

亚甲蓝(MB)的优良的氧化还原性质,阳离子染料,其低式电位(- - - - - -在溶液pH值2 - 8)是足够好的理由的剥削,作为中介,在生物传感器。因此混合矩阵的合成利用氧化锌和氧化还原物种的优良性能可能导致抗干扰的生物传感器的发展。很少有生物传感器开发,生物分子固定化介质,表面的矩阵(13- - - - - -15]。然而,由于低分子量和良好水溶性介质有渗出倾向,从而破坏bio-electrode [16]。这可以克服一个复合矩阵有中介嵌入。在目前的研究中,我们已经开发出一种纳米复合材料biomatrix氧化锌与亚甲蓝(ZnO-MB),成功地展示了抗干扰的有效葡萄糖传感。米歇利斯Menten恒定的低价值()和一个相当interferenceless系统已经表示准备的重要性矩阵测量电流的生物传感器领域的。

2。实验

2.1。材料

气态氧(200 U /毫克),辣根过氧化物酶(合200 U /毫克),o邻联茴香胺、葡萄糖从Sigma-Aldrich购买。磷酸氢钠无水和磷酸氢二钠二水合物从Sisco化工、印度。一水氢氧化锂和锌醋酸一水从托马斯•贝克获得印度。MB从默克公司收购。公司所有化学品都使用前未经纯化。使用去离子水制备的水解决方案。

2.2。准备的解决方案

磷酸缓冲盐(PBS) 50 mM的pH值7.0(0.9%氯化钠)的解决方案是由调整单碱的磷酸钠溶液的比例和磷酸二钠溶液,然后将0.9%氯化钠添加到解决方案。气态氧(1毫克/毫升)解决方案和合解决方案(1毫克/毫升)是刚做好的PBS缓冲液的pH值7.0。不同浓度的葡萄糖溶液和解决方案o -邻联茴香胺(1%)在去离子水中刚做好的。

2.3。制备ZnO-MB电影和气态氧的固定

氧化锌纳米颗粒首先由湿化学路线,据Yadav et al。17]。氧化锌纳米颗粒获得redispersed在乙醇。获得ZnO-MB溶胶,0.1毫升的MB的解决方案(10毫克/毫升乙醇)添加到1毫升redispersed氧化锌索尔。ZnO-MB / ITO电极由旋转涂布在ITO-coated玻璃板ZnO-MB溶胶。

固定的气态氧到ZnO-MB矩阵是通过静电作用来实现带正电的氧化锌和带负电荷的气态氧酶在7.0 . GOx固定博士,30岁μL刚做好的气态氧解掉了ZnO-MB表面复合薄膜,并保持在4°C一夜之间广泛的洗涤与缓冲区删除任何紧随其后的气态氧。bioelectrodes在干燥氮气流干,保持在4°C不使用的时候。

2.4。测量和仪器

ZnO-MB / ITO电极被紫外特征,傅里叶变换红外(FTIR)和电化学阻抗谱技术。红外光谱研究结果进一步进行气态氧/ ZnO-MB / ITO bio-electrode确认气态氧酶的固定化。bio-electrode的传感响应研究进行了使用循环voltametry (CV)技术。明显的酶光度测定酶活性进行了研究。简历的测量进行了稳压器/恒流器(Gamry仪器公司)使用三电极电池配置与Ag / AgCl电极作为参比电极,铂箔反电极在10毫升的磷酸缓冲盐(PBS)解决方案(50毫米,pH值7.0,0.9%氯化钠)。电化学阻抗谱(EIS)研究了在PBS溶液pH值(7.0)包含5毫米。bioelectrode明显酶活性进行了研究使用紫外可见分光光度计(珀金埃尔默λ35)。的光度测定bioelectrode蘸了3毫升PBS溶液包含20μL的染料(o邻联茴香胺1%,H₂O), 50μ合和100 LμL的基质(葡萄糖)。1分钟后的孵化bio-electrode相对应的吸光度的氧化o邻联茴香胺是指出在500 nm监测酶动力学。

3所示。结果与讨论

3.1。紫外可见研究

ZnO-MB电影是沉积在光学特性的熔凝石英幻灯片。(紫外可见光谱图1)证实了薄膜的沉积高传播(> 80%),可见区域。的带隙估计基本吸收边缘(使用Tauc情节)被发现3.61 eV。隙的估计价值远远高于对应的值(~3.3 eV)报告大部分氧化锌(18),可能是由于量子限制效应,进入图片由于合成氧化锌纳米颗粒的小尺寸(~4海里)。重要的是要指出,两个小的透过率光谱在610 nm和660 nm,归因于存在的亚甲蓝复合矩阵[准备16]。

3.2。TEM分析ZnO-MB溶胶

透射电子显微镜(TEM)图像(图2)ZnO-MB纳米颗粒显示了球形和单分散的纳米粒子的合成平均约4海里的大小。可以看到MB氧化锌纳米颗粒聚集。

3.3。电化学阻抗研究

电化学阻抗谱(EIS)研究,ZnO-MB薄膜和氧化锌薄膜,有见解的影响亚甲蓝在纳米复合材料biomatrix氧化锌的电荷转移行为。图3显示了阻抗谱的氧化锌/ ITO玻璃和ZnO-MB / ITO /玻璃电极。阻抗情节半圆形状的电极。半圆的直径被发现与整合MB减少氧化锌矩阵。情节可以建模的等效电路组成的电阻(在串联和并联电容的组合()和一个电阻()[19]。的价值氧化锌/ ITO电极被发现30.6 kΩ下降到12.1 kΩ复合ZnO-MB / ITO电极。减少的价值清楚地表明,中介的存在(MB)氧化锌矩阵起着重要的作用在提高氧化锌biomatrix的电荷转移能力。

3.4。红外光谱研究

ZnO-MB电影(图上的红外光谱研究4(一))确认混合复合矩阵的形成。在图4(一)的吸收峰观察到452厘米⁻¹对应于纤锌矿型氧化锌的E2模式(20.]。吸收带的出现为1574厘米⁻¹,1413厘米⁻¹,1340厘米⁻¹由于矩阵的MB的存在(16]。的存在模式对应于氧化锌和MB,红外光谱谱,清楚地表明,MB已形成一个复合氧化锌不干扰其晶格结构。红外光谱的气态氧/ ZnO-MB bio-electrode(图4 (b))显示额外的吸收模式对应的特征频带蛋白质在1655厘米⁻¹,分配给二酰胺,确定固定的气态氧复合表面(ZnO-MB)矩阵21]。

3.5。简历的研究

循环的voltammograms ZnO-MB电极在不同扫描速率(0.01 V / s 0.08 V / s)在图所示5(一个)。一个定义良好的氧化还原峰在reagentless获得磷酸缓冲盐(PBS)解决方案使用ZnO-MB / ITO电极。氧化峰在−0.23 V,可以归因于纳米复合材料biomatrix MB的氧化。然而峰值略转向负电位比MB (−0.20 V)的氧化潜力表明良好的催化行为的系统(9]。CVs都基本没有连续扫描从而排除任何浸出效果的中介的可能性(MB)复合(ZnO-MB)矩阵先前报道的其他工人(16]。阳极()和阴极()峰值电流发现不同线性电位扫描速率(插图图5(一个))表明改进electrocatalytic行为的准备制度,证明混合复合矩阵是适合生物传感。

气态氧酶固定化到ZnO-MB / ITO电极导致氧化电流的减少简历(插图图5 (b))和气态氧的有效结合,它是一个蛋白质不导电性质的大分子结构。Brown-Anson模型(1)已经被用来计算价值的表面浓度的氧化还原物种ZnO-MB / ITO和气态氧/ ZnO-MB / ITO电极 峰值电流,是电子转移的数量,法拉第常数,表面的浓度,电极的表面积,扫描速率,是气体常数,是绝对温度(22]。表面氧化还原物种的浓度气态氧/ ZnO-MB / ITO bio-electrode (摩尔/厘米²)被发现高于对应的价值获得ZnO-MB / ITO电极(摩尔/厘米²)。氧化还原物种的数量的增加表明氧化还原中心出现在酶的激活被固定化复合混合矩阵。发现氧化电流不断增加,简历,增加葡萄糖浓度(图5 (b))。气态氧氧化葡萄糖溶液中,在这个过程中就会减少。降低气态氧ZnO-MB纳米复合材料矩阵将多余的电子减少氧化还原物种。MB reoxidizes通过电子转移到外部电路由于高效的电子转移和良好的氧化还原性质制备纳米复合材料biomatrix(计划1)。当前随着葡萄糖浓度的增加是由于增加的数量的电子在氧化葡萄糖的释放。

图6(一)显示当前的变化测量气态氧/ ZnO-MB / ITO bio-electrode以固定的潜力−0.23 V,葡萄糖浓度的函数。观察到的线性响应高达16.67毫米表示准备bio-electrode可以有效地用于葡萄糖传感。的灵敏度估计线性曲线发现0.2μ一个mm⁻¹厘米⁻²。一式三份的结果集显示误差测量的重现性在±2%,显示基于ZnO-MB准备bio-electrode纳米复合材料的高可靠性矩阵葡萄糖检测。

3.6。Michaelis-Menten估计动力学参数()

海纳斯图,图表之间(底物浓度)和(底物浓度/电流),被用来估计Michaelis-Menten动力学参数()的酶反应(3]。的价值发现是2.65毫米的气态氧固定纳米复合矩阵。低价值,相对于自由气态氧(27毫米),表明,固定化酶反应的气态氧达到有利的构象ZnO-MB / ITO纳米复合材料biomatrix导致增强亲和力的气态氧葡萄糖。

3.7。干预研究

在添加类似的浓度interferants如胆固醇、抗坏血酸,尿酸和葡萄糖在PBS(8.33毫米),在峰值电流的值在误差范围内潜在的变化无关紧要的只显示柱状图(嵌入的图6(一))。准备的工作潜力低混合biomatrix防止interferants在传感响应特性的影响,从而导致抗干扰的生物传感器。

3.8。光度测定

的光度测定进行了估算表观酶活性(图6 (b))和已计算方程(单位厘米⁻²),在那里是明显的酶活性,吸光度孵化之前和之后的差异,总量(3.17厘米³),7.5毫克分子消光系数(o邻联茴香胺在500海里),是反应时间(分钟),是表面积(厘米²)的电极(3]。明显的估计价值的酶活性混合biomatrix准备U厘米⁻²。光度测定进一步用于执行保质期的研究中,以固定时间间隔为10周8.33毫米葡萄糖浓度(数据未显示)。研究表明,准备bioelectrode保留80%以上的活动甚至在10周。

4所示。结论

目前的研究表明,氧化锌薄膜矩阵与亚甲蓝为生物传感器应用程序是一个有前途的纳米复合材料混合矩阵。氧化锌纳米颗粒为固定化酶和增强提供合适的微环境之间的电子转移酶的活性部位和电极。由于低氧化潜力(−0.23 V),混合复合矩阵从interferants几乎是免疫的生物系统。已成功在ZnO-MB固定化葡萄糖氧化酶酶纳米复合材料薄膜沉积到ITO镀膜玻璃。准备的简历研究bioelectrode(气态氧/ MB-ZnO / ITO)显示线性高达16.67毫米表明纳米复合材料的潜力biomatrix实现抗干扰的生物传感器。. GOx固定化ZnO-MB / ITO电极显示优良的催化性能对葡萄糖所证实的相对较低的价值Michaelis-Menten常数(2.65毫米)。准备的保质期bioelectrode超过10周表明混合制备的复合矩阵提供了一个有吸引力的选择一个稳定的实验室芯片若设备。

确认

由DST和用户原创内容的支持,印度政府欣然承认资助的研究项目。一个作者(s .萨哈)承认UGC德里大学奖学金和助教职位。

引用

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