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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:張景順
研究生(外文):Jing-shun Chang
論文名稱:多孔性金酵素電極在流動注入分析系統中之電化學分析及應用
論文名稱(外文):Application of porous gold enzyme electrode in electrochemical Flow injection analysis.
指導教授:黃宣容
指導教授(外文):Hsuan - Jung Juang
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:化學系研究所
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:86
中文關鍵詞:酵素電極無電電鍍
外文關鍵詞:SAMGlucose oxidaseAlkaline phosphataseNylon 66
相關次數:
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本實驗以多孔性Nylon66薄膜做為輔助模板,使用無電電鍍的方式沉積金原子到模板上製備成多孔性金電極,並應用到電化學分析上。實驗首先將含有硫基的物質dithiobis(succinimidylpropionate ),簡稱DSP,以SAMs ( Self assemabled monolayers ) 的方法在多孔性金電極上形成linker molecule,再利用酵素上的胺基以醯化方式將酵素與DSP鍵結,因此酵素就被固定在多孔性金電極內形成多孔性金酵素電極。利用這酵素的專一性會使得酵素與特定受質進行反應,結合自製流動注入分析系統 ( Flow injection analysis,FIA ) ,直接注入不同濃度的受質,並以電化學方法--安培計量法( Ampermetry )在控制之電位下監測反應電流,以達到間接定量分析樣品中受質的濃度。
本研究除了詳盡探討影響FIA系統操作條件(如:施加電位、載體溶液流速、載體溶液pH值)之外,也針對酵素培養的條件(DSP濃度、酵素濃度、酵素培養時間)做探討 ,以獲得最佳之電流強度及訊雜比 ( Signal to noise )。在本實驗中,將探討的酵素有鹼性磷酸酶 ( Alkaline phosphatase ,AP ) 以及葡萄糖氧化酶 ( Glucose Oxidase,GOx )。由先前的文獻得知,鹼性磷酸酶與其受質( p-aminophenyl phosphate ,pAPP ) 會進行催化反應產生pAP ( p-aminophenol ) ,在此我們將安培計量法結合自製流動注入分析系統,可間接定量pAPP的濃度。測得之線性範圍為0.1 mM~ 0.1mM ( r2 = 0.9982 ),偵測極限可低至約0.1 mM ( S/N = 3 ),再現性則是RSD = 3.66 %(n = 10)。相同地,可利用葡萄糖氧化酵素 ( Glucose Oxidase,GOx ) 與其受質( Glucose )進行催化反應產生過氧化氫( H2O2 ),可在多孔性金電極上測得一氧化電流訊號,故可間接定量分析Glucose的濃度。其線性範圍為0.75mM ~ 0.50 mM ( r2 =0. 9985 ),偵測極限可低至約0.75 mM ( S/N = 3 ),再現性則是RSD = 2.0 % ( n = 10 ) 。與傳統酵素電極比較,多孔性金酵素電極具有較高靈敏度、較低偵測極限,而電極的再現性亦極佳。
第一章 緒論------------------------------------------------1
1.1 前言--------------------------------------------------1
1.1.1信號轉換器(多孔性金電極) -------------------------4
1.1.2生物元件----------------------------------------------7
第二章 實驗與結果-----------------------------------------11
2.1 藥品--------------------------------------------------11
2.2 溶液配製----------------------------------------------12
2.3 儀器設備----------------------------------------------20
2.4 以Nylon 66薄膜配合無電電鍍法製備多孔性金電極----------25
2.5 多孔性金電極之製備------------------------------------30
2.6 FIA系統----------------------------------------------31
2.7 多孔性金電極的有效面積--------------------------------32
2.8 鹼性磷酸酶-------------------------------------------33
2.8.1 利用SAMs方式製備多孔性鹼性磷酸酶電極-----------34
2.8.2 pAP與pAPP在多孔性金電極的反應------------------38
2.8.3 探討DSP在電極表面覆蓋情形----------------------40
2.8.4 鹼性磷酸酶濃度的最佳化探討---------------------41
2.8.5 鹼性磷酸酶修飾時間的最佳化探討-----------------42
2.8.6 偵測pAP電位的最佳化探討------------------------43
2.8.7 載體溶液pH的最佳化探討-----------------------------44
2.8.8 載體溶液流速的最佳化探討---------------------------45
2.8.9 pAPP的校正曲線測定---------------------------------48
2.8.10 pAP的校正曲線測定---------------------------------51
2.8.11 多孔性鹼性磷酸酶電極穩定性的探討-------------------53
2.8.12 多孔性鹼性磷酸酶電極再現性的探討-------------------54
2.8.13 多孔性金酵素電極選擇性之研究-----------------------57
2.9 葡萄糖氧化酶( Glucose oxidase,GOx )-----------------59
2.9.1 利用SAMs方式製備多孔性葡萄糖氧化酶電極---------60
2.9.2 H2O2與Glucose在多孔性金電極的反應--------------63
2.9.3 葡萄糖氧化酶濃度的最佳化探討-------------------64
2.9.4 葡萄糖氧化酶修飾時間的最佳化探討---------------65
2.9.5 對偵測Glucose電位的最佳化探討------------------67
2.9.6 載體溶液pH的最佳化探討-------------------------68
2.9.7 載體溶液流速的最佳化探討-----------------------69
2.9.8 Glucose的校正曲線測定--------------------------71
2.9.9 H2O2的校正曲線測定---------------------------------74
2.9.10 多孔性葡萄糖氧化酶電極穩定性的探討------------76
2.9.11 多孔性葡萄糖氧化酶電極偵測Glucose電流訊號的
再現性----------------------------------------77
2.9.12 多孔性葡萄糖氧化酶電極選擇性之研究-------------78
2.9.13 本實驗與利用光譜法偵測真實樣品中Glucose含量
的比較--------------------------------------------82
2.10 實驗之偵測方法、電極材料、偵測物、酵素、偵測極限、
穩定性與參考文獻的比較---------------------------83
第三章 結論----------------------------------------------84
第四章 參考文獻------------------------------------------85
圖目錄
圖1 無電電鍍的過程圖-------------------------------------5
圖2 模板利用無電電鍍製備的結構圖-------------------------6
圖3 消波器之結構圖---------------------------------------21
圖4 (a)改良自BAS 公司生產的流動式電化學反應槽------------24
圖4 (b)為圖 (a) 的俯視圖---------------------------------24
圖5 2700倍的Nylon薄膜俯視SEM圖---------------------------27
圖6 11000倍的Nylon薄膜橫切面SEM圖------------------------28
圖7 無電電鍍後的Nylon薄膜俯視SEM ( 11000倍)圖------------28
圖8 無電電鍍後且以膠帶除去表面金後的Nylon SEM ( 7500倍)圖
----------------------------------------------------29
圖9 5000倍無電電鍍後的 Nylon薄膜 SEM 橫切面圖------------29
圖10 多孔性金工作電極結構圖-------------------------------30
圖11 FIA系統的結構圖-------------------------------------31
圖12 多孔性金電極在 0.5 M H2SO4 溶液中之 CV 圖------------32
圖13 鹼性磷酸酶固定到多孔性金電極表面的過程---------------35
圖14 95000倍多孔性金鹼性磷酸酶電極的 SEM 圖---------------37
圖15 多孔性金電極在1mM pAP溶液中之 CV 圖------------------38
圖16 多孔性金電極結合FIA系統,對0.1mM pAP與0.1mM
pAPP之偵測------------------------------------------39
圖17 DSP濃度與0.1M K3Fe(CN)6氧化電流訊號的相對關係-------40
圖18 探討改變鹼性磷酸酶濃度的多孔性金鹼性磷酸酶電極結合
FIA 系統,並對0.1mM pAPP之偵測-----------------------41
圖19 多孔性鹼性磷酸酶電極結合FIA系統,在不同鹼性磷酸酶
修飾時間下,對0.1mM pAPP之偵測----------------------43
圖20 多孔性鹼性磷酸酶電極結合FIA系統,在不同施加電位
下,對0.1mM pAPP之偵測------------------------------44
圖21多孔性鹼性磷酸酶電極結合FIA系統,在不同載體溶液pH下 ,對 0.1mM pAPP之偵測------------------------------------45
圖22 多孔性鹼性磷酸酶電極結合FIA系統,在不同載體溶液流速
下 ,對0.1mM pAPP之偵測-----------------------------46
圖23. 多孔性鹼性磷酸酶電極在不同的載體溶液流速下,對注入0.1
mM pAPP受質所產生pAPP電流訊號關係圖。-------------47
圖24 多孔性鹼性磷酸酶酶電極結合 FIA 系統對不同濃度 pAPP
之偵測-----------------------------------------------49
圖25 多孔性鹼性磷酸酶電極偵測 pAPP濃度的校正曲線----------49
圖26 多孔性鹼性磷酸酶電極偵測較高濃度pAPP的校正曲線-------50
圖27 多孔性鹼性磷酸酶電極偵測較低濃度pAPP的校正曲線-------50
圖28 多孔性金電極結合 FIA 系統對不同濃度 pAP 之偵測-------52
圖29 多孔性鹼性磷酸酶電極偵測 pAP濃度的校正曲線圖---------52
圖30 多孔性鹼性磷酸酶電極結合 FIA 系統,每天對 0.1 mM pAPP
的偵測-----------------------------------------------54
圖31 不同多孔性鹼性磷酸酶電極偵測0.1mM pAPP的再現性圖-----55
圖32 多孔性鹼性磷酸酶電極結合 FIA 系統對 1.0mM pAPP 之偵
測---------------------------------------------------56
圖33 多孔性鹼性磷酸酶電極偵測1.0mM pAPP 的再現性圖--------56
圖34 多孔性鹼性磷酸酶電極結合 FIA 系統對 0.1 mM pAPP與0.1mM
Urea + 0.1 mM pAPP之偵測-----------------------------57
圖35 多孔性鹼性磷酸酶電極結合 FIA 系統對 0.1 mM pAPP 與
0.1mM Uric acid + 0.1 mM pAPP之偵測------------------58
圖36 多孔性鹼性磷酸酶電極結合FIA系統對0.1 mM pAPP與0.1mM
Ascorbic acid + 0.1 mM pAPP之偵測--------------------58
圖37 葡萄糖氧化酶固定到多孔性金電極表面的過程------------60
圖38 90000倍多孔性葡萄糖氧化酶電極的俯視SEM圖------------62
圖39 11000倍多孔性葡萄糖氧化酶電極的橫切面SEM 圖---------62
圖40 多孔性金電極在0.01M H2O2 溶液中之 CV 圖-------------63
圖41 孔性金電極結合FIA系統,對0.1mM H2O2與1mMGlucose
之偵測----------------------------------------------64
圖42 探討改變葡萄糖氧化酶濃度的多孔性金葡萄糖氧化酶電極
結合 FIA 系統,並對 1mM Glucose 之偵測--------------65
圖43 多孔性葡萄糖氧化酶電極結合FIA系統,在不同葡萄糖
氧化酶修飾時間下,對0.1mM Glucose之偵測--------------66
圖44 多孔性葡萄糖氧化酶電極結合 FIA 系統,在不同施加電位
下,對 0.1mM Glucose 之偵測---------------------------67
圖45 多孔性金葡萄糖氧化酶電極結合FIA系統,在不同載體溶液pH
下,對0.1mM Glucose之偵測-----------------------------68
圖46 多孔性葡萄糖氧化酶電極結合FIA系統,在不同載體溶液
流速下,對0.1mM Glucose之偵測-------------------------70
圖47 多孔性葡萄糖氧化酶電極在不同的載體溶液流下,對注入
0.1 mM Glucose受質所產生Glucose電流訊號關係圖---------70
圖48 多孔性葡萄糖氧化酶電極結合 FIA 系統對不同濃度 Glucose
之偵測-----------------------------------------------72
圖49 多孔性葡萄糖氧化酶電極偵測0.1M Glucose濃度的
校正曲線--------------------------------------------72

圖50 多孔性葡萄糖氧化酶電極偵測較低濃度Glucose的校正曲線圖
----------------------------------------------------73
圖51 多孔性葡萄糖氧化酶電極偵測較高濃度Glucose的校正曲線
圖------------------------------------------------73
圖52. 多孔性電極結合 FIA 系統對不同濃度H2O2之偵測---------75
圖53. 多孔性電極偵測H2O2濃度的校正曲線圖------------------75
圖54 多孔性葡萄糖氧化酶電極結合 FIA 系統,每天對0.1 mM
Glucose的偵測---------------------------------------76
圖55 多孔性葡萄糖氧化酶電極結合 FIA 系統對 0.1mM Glucose之
偵測-------------------------------------------------77
圖56 多孔性葡萄糖氧化酶電極偵測 0.1mM Glucose的再現性圖--78
圖57 多孔性葡萄糖氧化酶電極結合 FIA 系統對 0.1 mM Glucose
與 0.1 mM Glucose +0.5mM Sucrose之偵測--------------79
圖58 多孔性葡萄糖氧化酶電極結合 FIA 系統對0.1 mM Glucose與
0.1 mM Glucose +0.5mM Fructose之偵測---------------79
圖59 多孔性葡萄糖氧化酶電極結合 FIA 系統對Glucose 0.1 mM
與 0.1 mM Glucose +Urea 0.1mM之偵測-----------------80

圖60 多孔性葡萄糖氧化酶電極結合 FIA 系統對Glucose 0.1 mM
與 0.1 mM Glucose +Uric acid 0.1mM之偵測------------80
圖61 多孔性葡萄糖氧化酶電極結合 FIA 系統對Glucose 0.1
mM 與 0.1 mM Glucose +Ascorbic acid 0.1mM之偵測-------81




表目錄
表1 多孔性鹼性磷酸酶電極製備條件及FIA實驗條件------------36
表2 葡萄糖氧化酶製備條件及FIA實驗條件--------------------61
表3 本實驗與F-kit對真實樣品偵測之比較表------------------82
表4 各種不同偵測pAPP、Glucose的方法與本實驗的比較--------83
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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