跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.211.117.197) 您好!臺灣時間:2024/05/27 04:55
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

: 
twitterline
研究生:陳詩喆
研究生(外文):Shih-che Chen
論文名稱:電流式葡萄糖生物感測器之製備及測試
論文名稱(外文):Fabrication and Test of an Amperometric Glucose Biosensor
指導教授:李嘉平李嘉平引用關係
指導教授(外文):Chia-pyng Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:化學工程系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:124
中文關鍵詞:葡萄糖生物感測器SiO2 奈米微粒TiO2奈米微粒網印碳電極
外文關鍵詞:glucose biosensorSiO2 nanoparticlesTiO2 nanoparticlesscreen printed carbon electrode
相關次數:
  • 被引用被引用:48
  • 點閱點閱:3834
  • 評分評分:
  • 下載下載:557
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本研究成功利用網印技術製備電流式葡萄糖生物感測器。利用網印技術可成功將碳電極以及絕緣層印製在PVC基板上。含蓋赤血鹽和奈米微粒的酵素固定層也同樣利用網印技術印製在感測試片上的固定區域,之後再將葡萄糖氧化酶溶液滴覆在酵素固定層上,則成功製備出酵素修飾電極。
黏結層則是利用鋼板印刷技術,印製於感測試片特定區域,並結合親水性薄膜即可成功在感測試片上製備出樣品流通道,這樣就完成葡萄糖生物感測器的製備。
本研究以SiO2奈米微粒酵素固定層以及TiO2奈米微粒酵素固定層製備了兩種葡萄糖生物感測器。研究發現以SiO2奈米微粒酵素固定層製備之葡萄糖生物感測器性能較為優異,其具有較快的訊號回應時間(5秒以下),且靈敏度高達0.026 μA/(mg/dL),平均變異係數為3.04 %;然而以TiO2奈米微粒酵素固定層製備之葡萄糖生物感測器訊號回應時間較慢(8秒以下),靈敏度僅有0.012 μA/(mg/dL),平均變異係數為3.55 %。兩種葡萄糖生物感測器所需樣品量僅要1.5 μL、感測線性範圍皆涵蓋了正常人體血糖範圍(50~400 mg/dL)並且不受氧氣、維他命C以及尿酸的干擾,同時具有相當優異的穩定性。
An amperometric glucose biosensor based on screen printed carbon electrodes (SPCEs) was successfully developed in this research. Carbon electrode and insulation layer was screen-printed onto PVC substrate. Reagent layer which contained ferricyanide and nanoparticles was also screen-printed on the defined area. The glucose oxidase solution was applied to the reagent layer by drop-coating technique. Adhesive layer was stencil-printed onto the SPCEs to form the spacer and define the sample chamber. Finally application of the hydrophilic layer to the glucose biosensor completed the whole fabrication process.
Two kinds of glucose biosensors were fabricated by reagent ink of SiO2 nanoparticles and reagent ink of TiO2 nanoparticles in this research. The reagent ink of SiO2 nanoparticles was better than the other ink used, and the SiO2-glucose biosensor also exhibited a relatively fast response (less than 5 s) with the sensitivity of 0.026 μA/(mg/dL). The average coefficient of variation was 3.04 %. However, the other glucose biosensor exhibited a relatively slow response (less than 8 s). Its sensitivity was only 0.012 μA/(mg/dL). The average coefficient of variation was 3.55 %. Both of glucose biosensors require only 1.5 μL sample, with linear detection range from 50 to 400 mg/dL, and exhibit both good anti-interference ability, and stability.
目錄
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖索引 Ⅷ
表索引 IV
第一章、緒論 1
1-1、前言 1
1-2、糖尿病簡介 2
1-3、奈米微粒簡介 6
1-4、研究動機與目的 7
第二章、理論基礎與文獻回顧 8
2-1、感測器簡介 8
2-2、化學感測器簡介 10
2-3、生物感測器簡介 10
2-3-1、生物感測器定義 10
2-3-2、生物感測器之基本結構與原理 11
2-3-3、生物感測器種類 13
2-3-3-1、依據固定化生物分子分類 13
2-3-3-2、依據固定化的生物分子與待測生物樣本的結合方式 16
2-3-3-3、依據訊號換能器分類 17
2-4、酵素的特性與固定化方法 23
2-4-1、酵素簡介 23
2-4-1-1、酵素特性 23
2-4-1-2、酵素單位 23
2-4-1-3、酵素的分類 24
2-4-1-4、酵素專一性反應 25
2-4-2、酵素固定化的方法 26
2-5、電化學式生物感測器製作技術簡介 30
2-6、葡萄糖感測器之應答機制 35
2-6-1、第一代葡萄糖生物感測器 36
2-6-2、第二代葡萄糖生物感測器 39
2-6-3、第三代葡萄糖生物感測器 42
2-7、電化學分析方法簡介 43
2-7-1、循環伏安法 43
2-7-2、計時安培法 44
第三章、實驗方法 47
3-1、實驗設備 49
3-1-1、半自動網印機、網版及鋼板 49
3-1-2、恆電位儀 51
3-1-3、其他儀器 52
3-2、實驗材料與藥品 52
3-2-1、基材與油墨 52
3-2-2、酵素固定劑與酵素 52
3-2-3、緩衝溶液以及溶劑 54
3-2-4、其他材料 54
3-3、緩衝溶液配製 54
3-4、葡萄糖溶液配製 55
3-5、酵素固定劑配製 55
3-6、酵素溶液配製 56
3-7、基材預處理 57
3-8、網印碳電極 58
3-9、網印絕緣層 59
3-10、網印酵素固定層 60
3-11、鋼板印刷黏結層 61
3-12、滴覆酵素溶液 62
3-13、生物感測器製備 62
3-14、生物感測器特性分析 63
3-14-1、表面特性分析 63
3-14-2、電化學特性分析 63
3-14-2-1、Cyclic voltammetry 64
3-14-2-2、Chronoamperometry 64
第四章、結果與討論 65
4-1、網印碳電極特性分析 65
4-1-1、網印碳電極表面分析 65
4-1-2、網印碳電極電化學特性分析 67
4-1-2-1、循環伏安法分析 67
4-1-2-2、掃描速率效應 68
4-1-2-3、網印碳電極再現性研究 70
4-2、葡萄糖生物感測器特性分析(SiO2奈米微粒酵素固定層) 71
4-2-1、葡萄糖生物感測器表面分析 71
4-2-2、葡萄糖生物感測器電化學分析 73
4-2-2-1、循環伏安法分析 73
4-2-2-2、最適化條件分析 75
4-2-2-2-1、施加電位效應 75
4-2-2-2-2、酵素添加量效應 79
4-2-2-2-3、校正曲線 82
4-2-2-3、干擾測試 83
4-2-2-4、穩定性測試 86
4-3葡萄糖生物感測器特性分析(TiO2奈米微粒酵素固定層) 87
4-3-1、葡萄糖生物感測器表面分析 87
4-3-2、葡萄糖生物感測器電化學分析 89
4-3-2-1、循環伏安法分析 89
4-3-2-2、最適化條件分析 91
4-3-2-2-1、施加電位效應 91
4-3-2-2-2、酵素添加量效應 95
4-3-2-2-3、校正曲線 98
4-3-2-3、干擾測試 99
4-3-2-4、穩定性測試 102
4-4、葡萄糖生物感測器校正曲線比較 103
第五章、結論與未來方向 104
參考文獻 105
【1】謝振傑,光纖生物感測器,物理雙月刊(廿八卷四期)(2006)。
【2】許清曉,常用臨床檢驗手冊,藝軒圖書,(2001)。
【3】梅約醫學中心,Mayo Clinic on Managing Diabetes — 糖尿病, 天下生活出版社,(2001)。
【4】糖尿病關懷基金會,糖尿病迷思解惑Q & A,健康文化發行,(2007)。
【5】賴育民,糖尿病完全百科 : 全方位治療指南,晨星出版社,(2007)。
【6】陳光華,鄧金祥,奈米薄膜技術與應用,五南出版社,(2005)。
【7】郭清癸,黃俊傑,牟中原,金屬奈米粒子的製造,國立台灣大學化學系及凝態中心物理雙月刊,廿三卷六期,(2001)。
【8】周必泰,懸浮性金屬奈米粒子之製備與鑑定,授課講義。
【9】黃炳照、莊睦賢,電化學感測器,化工技術(第七卷第二期) ,(1999)。
【10】J. M.Walker, R. Rapley, 北京化學工業出版社,(2003)。
【11】陳冠榮,以奈米金修飾電極製備電流式免疫型感測器,國立台灣科技大學化學工程研究所碩士論文,(2008)。
【12】王宗興,分子辨識與感測器http://www.chemedu.ch.ntu.edu.tw /lecture/molecular/2.htm,(2001)。
【13】一之瀨昇、小林哲二;陳克紹、曹永偉編譯,感測器原理與應用技術,全華科技圖書股份有限公司,(1988)。
【14】Thevenot D. R., Durst R. A., and Wilson G. S., Electrochemical biosensors: recommended definitions and classification, Pure Application Chemistry, 71, 2333, (1999)
【15】J. M.Walker, R. Rapley, 北京化學工業出版社,(2003)。
【16】A. P. F. Turner, B.Chen, S. A. Piletsky, Clinical Chemistry, 45, 1596, (1999).
【17】D. Diamond, Chemical Analysis Vo1.150, New York, (1998).
【18】林正立,溶膠-凝膠修飾電極和電流式乳酸生物感測器,國立中正大學化學研究所博士論文,(2005)。
【19】A. Chaubey, B. D. Malhotra, Biosensors & Bioelectronics, 17, 441, (2002).
【20】S. P. Mohanty, E. Kougianos, Biosensors: A Tutorial Review, IEEE Potentials25, No.2, 35, (2006).
【21】J. Castillo, S. Gaspar, S. Leth, M.Niculescu, A. Mortari, I. Bontidean, V. Soukharev, S. A. Dorneanu, A. D. Ryabov, and E. Csoregi, Sensors and Actuators B102, 179, (2004).
【22】田蔚城,生物技術發展與應用,九州圖書文物,(1997)。
【23】陳春吉,自主性單層薄膜電極之阻抗分析與其在內毒素檢測上之應用,國立成功大學醫學工程研究所碩士論文,(2002)。
【24】謝振傑,光纖生物感測器,物理雙月刊(廿八卷四期)(2006)。
【25】許峰碩,奈米碳黑在免疫層析檢測上的應用,國立中興大學化學工程研究所碩士論文,(2002)。
【26】U. E. Spichiger-Keller, Chemical Sensors and Biosensors for Medical and Biological Applications, Wiley-VCH. (1998).
【27】劉英俊,酵素工程,中央圖書出版社,(1995)。
【28】洪爭坊、郭肇凱、張正英,淺談酵素,台中區農情月刊第84期,(2007)。
【29】呂鋒洲,林仁混,基礎酵素學,聯經出版社,(1991)。
【30】文詩婷,電流式尿酸生物感測器之開發及應用,中國文化大學生物科技研究所碩士論文,(2000)。
【31】劉英俊,酵素工程,中央圖書出版社,(1995)。
【32】I. M. Roitt, P. J. Delves,Roitt免疫學基礎,高等教育出版社,(2005)。
【33】郭晉川,Fe3O4 奈米微粒修飾性網印碳電極於乙醇生物感測器之研究,國立雲林科技大學化學工程系碩士論文,(2006)。
【34】施敏,半導體元件物理與製作技術,國立交通大學出版社,(2007)。
【35】S. Laschi, M. Mascini, Medical Engineering and Physics 28, 934, (2006).
【36】P. Taufik,Fabrication of a disposable glucose biosensor on screen-printed carbon electrodes ,國立台灣科技大學化學工程研究所碩士論文,(2008)。
【37】呂慧菁,電化學葡萄糖感測試片之研發,國立中興大學化學研究所碩士論文,(2003)。
【38】Tumer, A. P., Chen, B., Piletsky, S. Clin. Chem., 45, 1596 –1601. (1999).
【39】呂博文,Fe3O4奈米微粒修飾性網印碳電極於葡萄糖生物感測器之研究,國立雲林科技大學化學工程系碩士論文,(2006)。
【40】Benny Gosali,Behavior of chitosan oligosaccharides addition on amperometric glucose biosensor performance ,國立台灣科技大學化學工程研究所碩士論文,(2008)。
【41】Shen ,J. , Gudik ,L , Liu ,C. C. , An iridium nanoparticles dispersed carbon based thick film electrochemical biosensor and its application for a single use , disposable glucose biosensor. , Sensors and Actuators B , 125 ,106-103 ,(2007).
【42】J.J. Xu, Z.H. Yu, H.Y. Chen, Glucose biosensors prepared by electropolymerization of p-chlorophenylamine with and without Nafion, Anal. Chim. Acta ,463, 239–247 ,(2002).
【43】Y.Q. Miao, J.R. Chen, Y. Hu, Electrodeposited nonconducting polytyramine for the development of glucose biosensors, Anal. Biochem. ,339, 41–45,(2005).
【44】C.Y. Deng, M.R. Li, Q.J. Xie, M.L. Liu, Y.M. Tan, X.H. Xu, S.Z. Yao, New glucose biosensor based on a poly(o-phenylenediamine)/glucose oxidase-glutaraldehyde/Prussian blue/Au electrode with QCM monitoringof various electrode-surface modifications, Anal. Chim. Acta, 557,85–94 ,(2006).
【45】C.J. Yuan, C.L. Hsu, S.C.Wang, K.S. Chang, Eliminating the interference of ascorbic acid and uric acid to the amperometric glucose biosensor by cation exchangers membrane and size exclusion membrane, Electroanalysis ,17, 2239–2245,(2005).
【46】M.H. Yang, Y.H. Yang, Y. Yang, G.L. Shen, R.Q. Yu, Microbiosensor for acetylcholine and choline based on electropolymerization/sol–gel derived composite membrane, Anal. Chim. Acta, 530, 205–211, (2005).
【47】W.J. Sung, K. Na, Y.H. Bae, Biocompatibility and interference eliminating property of pullulan acetate/polyethylene glycol/heparin membrane for the outer layer of an amperometric glucose biosensor, Sens. Actuators B-Chem. ,99, 393–398,(2004).
【48】S.J. Dong, B.X. Wang, B.F. Liu, Amperometric glucose sensor with ferrocene as an electron-transfer mediator, Biosens. Bioelectron., 7, 215–222,(1992).
【49】M.E. Ghica, C.M.A. Brett, Development of a carbon film electrode ferrocene-mediated glucose biosensor, Anal. Lett., 38, 907–920,(2005).
【50】P.C. Nien, T.S. Tung, K.C. Ho, Amperometric glucose biosensor based on entrapment of glucose oxidase in a poly(3,4-ethylenedioxythiophene) film, Electroanalysis ,18 , 1408–1415,(2006).
【51】J. Wang, L. Fang, D. Lopez, H. Tobias, Highly selective and sensitive amperometric biosensing of glucose at ruthenium-dispersed carbon-past enzyme electrodes, Anal. Lett. ,26, 1819–1830,(1993).
【52】G.A. Rivas, B. Maestroni, Iridium-dispersed carbon paste amino acid oxidase electrodes, Anal. Lett. ,30, 489–501,(1997).
【53】J.Wang, J. Liu, L. Chen, F. Lu, Highly selective membrane-free, mediator free glucose biosensor, Anal. Chem. ,66, 3600–3603,(1994).
【54】Z.E. Zhang, H.Y. Liu, J.Q. Deng, A glucose biosensor based on immobilization of glucose oxidase in electropolymerized o-aminophenol film on platinized glassy carbon electrode, Anal. Chem. ,68, 1632–1638,(1996).
【55】L. Ming, X. Xi, J. Liu, Electrochemically platinized carbon paste enzyme electrodes: a new design of amperometric glucose biosensors, Biotechnol. Lett. ,28 ,1341–1345,(2006).
【56】K. Derwinska, K. Miecznikowski, R. Konki, P.J. Kulesza, S. Glab, M.A. Malik, Application of Prussian blue based composite film with functionalized organic polymer to construction of enzymatic glucose biosensor,Electroanalysis ,15 , 1843–1849,(2003).
【57】T. Li, Z.H. Yao, L. Ding, Development of an amperometric biosensor based on glucose oxidase immobilized through silica sol–gel film onto Prussian Blue modified electrode, Sens. Actuators B-Chem. ,101,155–160,(2004).
【58】W. Zhao, J.J. Xu, C.G. Shi, H.Y. Chen, Multilayer membranes via layer-by-layer deposition of organic polymer protected Prussian Blue nanoparticles and glucose oxidase for glucose biosensing, Langmuir ,21,9630–9634,(2005).
【59】M. Ferreira, P.A. Fiorito, O.N. Oliveira Jr., S.I.C. de Torresi, Enzymemediated amperometric biosensors prepared with the layer-by-layer (LbL) adsorption technique, Biosens. Bioelectron.,19,1611–1615,(2004).
【60】李坤易,高感度葡萄糖生物感測器之研究,國立雲林科技大學化學工程系碩士論文,(2006)。
【61】A. Chaubey, B.D. Malhotra. Mediated biosensor. Biosensor and ioelectronics, 17,441-456, (2002)
【62】Kumar, A. S.; Chen, P.-Y.; Chien, S.-H.; Zen, J.-M. in submitted.
【63】R. Brian, Eggins, Chemical Sensors and Biosensors, WILEY, (2005).

【64】Skoog, D. A.; Holler, F. J.; Nieman, T. A., Principles of Instrumental Analysis, Saunders College, Fifth Edition, New York, 1998.
【65】Bard, A.J., Faulkner, L.R., Electrochemical methods :Fundamentals and applications, New York :John Wiley&Sons,2nd Edition ,2000.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top