基本信息
- 项目名称：
- 四针状纳米ZnO构建尿酸生物传感器及其性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 尿酸是嘌呤代谢的最终产物,其浓度异常是人体疾病的反映。因此研制一种简单、准确的测量尿酸含量的仪器有着重要的意义。我们以制备的四针状纳米ZnO为载体固定尿酸酶，构建尿酸生物传感器。利用FESEM、HRTEM、XRD 拉曼光谱等对其表征。同时经性能测量其线性探测下限为0.8μM，响应灵敏度约为80.0μA/(cm2.mM)。表明：这种独特的纳米结构在构建高敏感性的纳米生物器件领域中有着良好的应用前景。
- 详细介绍：
- 人体内尿酸浓度异常是人体某些疾病的特定反映,例如痛风等疾病仍为人们所困扰。因此,研制一种简单、准确、可行的测量尿酸含量的检测仪器有着重要的意义. 它可以了解体内细胞降解速度是否过快以及机体排泄尿酸的能力。 如果将尿酸浓度严格控制在正常生理范围内,尿酸综合症就可以得到控制。尿酸的检测在涉及临床诊断研究方面具有重要意义,尿酸常用的检测方法有酶分析法、伏安法 、高效液相色谱法等。 酶分析法、高效液相色谱法灵敏度高,但所需试剂和仪器昂贵难普及。 而利用四针状纳米氧化锌制备的尿酸酶传感器能克服上述缺点。不仅其制造成本低，制作工艺易于掌握，而且测量灵敏度高、选择性好、稳定性高， 将其应用于测定人体血液和尿样中尿酸的浓度,是一种准确、快速、简便的方法。 在本次工作中，我们利用化学气象沉积法制备了四针状纳米ZnO，然后将其修饰在Au电极表面，并以此为载体固定尿酸氧化酶，以构建尿酸酶生物传感器。通过FESEM HRTEM XRD 拉曼光谱等仪器对材料进行了表征。通过对电极响应电流系统的测量，该酶电极表现出对尿酸浓度的极其优秀的微量响应，线性探测下限为0.8μM，响应灵敏度约为80.0μA/(cm2.mM)，响应时间约为9s。同时还研究了温度与溶液PH值对电极电流响应的影响。这项研究证明：这种独特的纳米ZnO结构在构建高敏感性、快响应的纳米生物器件的领域中有着良好的应用前景。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 尿酸(uric acid)是嘌呤代谢的最终产物,存在于血液和组织液中。尿酸浓度异常是人体疾病的反映,例如痛风等疾病正为人们所困扰。因此,研制一种简单、准确、可行的测量尿酸含量的检测仪器有着重要的意义。 基本思路：利用化学气相沉积法制备四针状纳米ZnO构建尿酸生物电极，然后使用 XRD、SEM、拉曼光谱等仪器对其进行表征。最后探测所构建的生物电极对尿酸溶液的电信号响应以获得电极的各方面性能。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性：工作原理:尿酸在尿酸酶的作用消耗氧生成尿囊素,并产生二氧化碳和过氧化氢,根据生成的过氧化氢在电极上还原所产生的电流,就可测得尿酸的浓度。 创新性：国际上首次将四针状纳米氧化锌制备的酶电极用于对尿酸浓度的测量，并首次使用拉曼光谱对尿酸酶与氧化锌的复合进行表征。 独特处：构建的尿酸传感电极与以往报导相比，表现出了对尿酸浓度的极其优秀的微量响应，线性探测下限极低，灵敏度极高，响应时间短。
应用价值和现实意义
- 尿酸浓度异常是人体某些疾病的特定反映。其常用的检测方法有酶分析法、伏安法、高效液相色谱法等，灵敏度虽较高,但所需试剂和仪器昂贵难普及。利用四针状纳米氧化锌制备的尿酸传感器能克服上述缺点。不仅制造成本低，制作工艺易于掌握，而且测量灵敏度高、选择性好、稳定性高。可将其应用于对人体血液和尿样中尿酸的浓度的测定，是一种准确、快速、简便、低成本的方法。同时本作品也在纳米材料与技术方面取得一些突破与进展。
学术论文摘要
- 在本次工作中，我们利用化学气相沉积法制备了四针状纳米ZnO，然后将其修饰在Au电极表面，并以此为载体固定尿酸氧化酶，以构建尿酸酶生物传感器。通过FESEM、HRTEM、XRD 拉曼光谱等仪器对材料进行了表征。通过对电极响应电流系统的测量，该酶电极表现出对尿酸浓度的极其优秀的微量响应，线性探测下限为0.8μM，响应灵敏度约为80.0μA/(cm2.mM)，响应时间约为9s。与以往报道过的使用ZnO纳米棒或ZnS量子点构建的尿酸传感器相比有着更加优异的性能。同时本工作还研究了溶液PH值对电极电流响应的影响。这项研究证明：这种独特的纳米ZnO结构在构建高敏感性、快响应的纳米生物器件的领域中有着良好的应用前景。 关键词：四针状纳米ZnO，尿酸，尿酸酶，生物传感器，电化学
获奖情况
- 本作品在2010年12月获学校第十二届“摇篮杯”课外学术科技作品竞赛特等奖”
鉴定结果
- 无
参考文献
- 郭伟玲，任湘菱， 唐芳琼， 陈 东、 张琳，刘奉岭，反胶束法制备纳米氧化锌及其在葡萄糖生物传感器中的应用，过程工程学报，2007 年6 月，第7 卷第3 期. 卢旭晓，杜霞，薛玲，白慧萍，尹晓燕，李宝柱，张亚平，杨云慧，碳纳米管和纳米氧化锌修饰的尿酸传感器的研制，云南大学学报( 自然科学版)，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.
同类课题研究水平概述
- 生物传感器作为生物医用工程的重要组成部分已经引起了研究人员的广泛兴趣。其中用来探测葡萄糖溶液和尿酸溶液的生物传感器发展较为迅速。现阶段的临床检测中，耗时过长的光学方法是主要的监测手段。而在目前研究领域，许多科学家和团队通过使用不同的先进材料修饰金电极来构成生物传感器。 国内外已针对尿酸传感器开展了部分工作：如Zhang F. F.等使用修饰有尿酸酶/硫化锌量子点/L-半胱胺的电极测量尿酸；Chen D. X.等用尿酸酶-硫堇-单壁碳管修饰的玻碳电极测量尿酸；Ndamanisha C. J.等采用有用羧基二戊铁修饰的规律介孔碳玻碳电极来测量尿酸；Kannan P.等用由金颗粒自组装的多层金电极来探测尿酸浓度；以及Schrenkhammer P.等构建光学生物传感器来探测尿酸。 而本工作将四针状纳米氧化锌制备的酶电极用于对尿酸浓度的测量，这在国际上尚属首次。同时制备的生物电极表现出对尿酸浓度的极其优秀的微量响应，线性探测下限为0.8μM，响应灵敏度约为80.0μA/(cm2.mM)，，响应时间约为9s。其比现有文献所提到的尿酸传感器性能指标有很大的提高。 例如 zhang等人曾先后于2006、2007年分别利用ZnS QDs、ZnO nanorods、Eggshell membrane制备了尿酸传感器，探测极限最低达到过2μM，线性范围最大为5-2000μM；Huang等人曾于2007年利用Carboxylated SWCNTs制备了尿酸传感器，其灵敏度为34.2μA/(cm2.mM)，探测下限为2.5μM，线性范围为2.5-17.5μM；Ndamanisha等人曾于2009年利用OMC-FC制备了尿酸传感器，其灵敏度为22.4μA/(cm2.mM)，探测下限为1.8μM，线性范围为60-390μM。
