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摘 要

本文实验通过小龙虾壳为生物质原料制备的生物炭来负载葡萄糖氧化酶（GOD）构建酶传感器，并对载酶电极的基本电化学性能进行了测试，发现载酶电极（GOD-BC/C）中葡萄糖氧化酶（GOD）的可以进行准可逆直接电化学反应，并且可以保持其催化葡萄糖氧化的生物活性，线性范围25-400 μmol，检出限7.92 μmol,线性相关性较好。本实验使用的生物炭为载体负载葡萄糖氧化酶（GOD）构建生物传感器的方法，因为生物炭的比表面积大、孔隙率高、稳定性良好等优点，用以制备生物炭的原料小龙虾壳来源丰富、易得并且十分廉价。

关键词：生物炭 小龙虾壳 葡萄糖氧化酶 生物传感器

Construction and application of GOD biosensor loaded by

crayfish shell biochar

Abstract

In this paper, the GOD bio-sensor was constructed by using biochar prepared from crayfish shell as biomass material to load GOD, and the basic electrochemical performance of the enzyme-carrying electrode was tested by cyclic voltammetry.GOD on the enzyme-carrying electrode (GOD-BC/C) can perform a quasi-reversible direct electrochemical reaction, and can maintain its electrocatalytic bioactivity for catalyzing glucose oxidation, with a detection limit of 7.92 μmol and a linear correlation，line range is 25-400 μmol. The biochar used in this experiment is a carrier of constructing a GOD biosensor.I use the method, because carrier owns big specific surface proportion, its porosity is good, stability is also proper, and the source of crayfish shell used to prepare biochar is rich, readily available and cheap.

Key Words: Biochar; Crayfish shell; GOD; Biosensor

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1前言 1

1.2运用葡萄糖氧化酶传感器检测 1

1.3生物炭负载葡萄糖氧化酶生物传感器 2

1.4研究思路 3

1.5 发展前景 4

第二章 实验部分 5

2.1实验原理 5

2.2试剂与仪器 5

2.3溶液配制与生物炭的制备表征 6

2.3.1实验溶液的配制 6

2.3.2生物炭的制备与表征 7

2.4实验内容 7

2.4.1生物炭负载葡萄糖氧化酶电极的制作 7

2.4.2构建负酶电极电化学性能表征实验装置 8

2.4.3载酶电极与裸炭电极的CV测试 8

2.4.4载酶电极在不同扫描速度下的CV测试 8

2.4.5载酶电极在含有成梯度增大浓度的葡萄糖下的CV测试 8

2.5实验结果与讨论 9

2.5.1载酶电极与裸炭电极的CV对照 9

2.5.2载酶电极在不同扫描速度下的CV对照 10

2.5.3载酶电极对于葡萄糖的电化学催化氧化 10

2.6实验的稳定性 12

2.7实验结论 12

参考文献 13

致谢 16

第一章 绪论

1.1前言

葡萄糖是生产生活中特别重要的一种糖物质^[1] 。葡萄糖对于生命至为关键，是生命活动所需能量的直接来源，并且对于新陈代谢过程也至为重要。^[2]

血液中的葡萄糖浓度如果过高，可能引发肥胖症和糖尿病。如果血液中葡萄糖浓度过低的话，则可能导致低血糖。糖尿病是当今社会的重要健康议题，因此联合国将每年的 11 月 14 日定为“世界糖尿病日”。

人体内的血糖浓度水平是进行糖尿病诊断的重要标准之一, 因此快捷、方便并且精确地检测人体血液中血糖含量具有重要的医学意义和巨大的临床应用价值。

除了拥有医学临床的极大研究价值，由于葡萄糖在生产生活方面也有巨大作用，其定量检测同样意义非凡。葡萄糖在食品轻工业方面主要用来生产果糖和葡萄糖食品。在食品中，它被用作甜味剂和保湿剂，以增加甜度和增加软滑的口感。^[3] 在酿酒业，葡萄汁可以用于酿造葡萄酒，麦芽用于酿造啤酒，在这些生产中葡萄糖用于发酵为乙醇。此外，葡萄糖浆被广泛应用，生产糖食如糖果等。^[3][4]此外在无水条件下加热时，葡萄糖可以焦糖化，亦有广泛用途。

除此之外，可以用多种生物技术以葡萄糖为原料生产多种有机酸，例如通过发酵梭菌生产乙酸，通过青霉喜草生产异抗坏血酸，通过根霉生产富马酸，通过黑曲霉生产葡萄糖酸，通过念珠菌生产异柠檬酸，通过荧光假单胞菌生产2-酮葡糖酸，通过氧化葡糖杆菌生产5-酮葡糖酸，通过土曲霉生产衣康酸，通过氧化葡糖杆菌生产酒石酸，通过米曲霉生产曲酸，通过短乳杆菌生产苹果酸，通过德氏乳杆菌生产乳酸，通过谢尔曼丙酸杆菌生产丙酸，通过铜绿假单胞菌生产丙酮酸。^[5]

简而言之，当今社会糖尿病患病率如此之高，人体内的血糖水平是进行糖尿病临床诊断和评估人体新陈代谢能力的重要指标, 因此快捷、方便并且精确地检测人体血液中血糖含量具有重要的医学作用。而除去医疗领域，葡萄糖在食品和制药工业中也广泛作为生产原料,精确测定葡萄糖含量因此也非常重要。

1.2运用葡萄糖氧化酶传感器检测

基于葡萄糖氧化酶 (GOD) 的传感器对于检测具有非常关键的作用。由于葡萄糖氧化酶属于蛋白质，构造复杂, 活性中心不在表面,因而在电极上电子定向移动几乎不可能^[6]。所以应对其表面进行特殊修饰处理以使氧化酶在电极上能电子转移^[7]。制备灵敏度高、稳定性好且成本低廉的葡萄糖氧化酶电极已成为研究的热点^[8]，最关键的一步便是找到合适的材料来将酶长期稳定地固定在电极表面, 使之发生直接电子转移 ^[9][10]。

葡萄糖氧化酶(GOD)是一种同源(homo-)二聚体,由两个密切结合的核黄素-5'-腺苷二磷酸(FAD)辅酶组成^[11]。在氧存在的情况下,其可以促进葡萄糖的电子转移，对葡萄糖具有高选择性。由其构建的传感器就是用感知过氧化氢来间接检测糖的浓度^[12]。载酶电极可在生理待测物中快速地检测糖的氧化产物过氧化氢;同时拥有较高的稳定性, 可多次、长期使用。

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