于志輝，黃鵬飛，汪夏燕

（北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京 100124）

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無(wú)定形介孔磷酸鋯固定葡萄糖氧化酶的直接電化學(xué)

于志輝，黃鵬飛，汪夏燕

（北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京 100124）

利用無(wú)定形介孔磷酸鋯（ZrP）為載體，通過(guò)吸附法固定葡萄糖氧化酶（GOD），修飾玻碳（GC）電極得到GOD/ZrP/GC電極。在0.1 mol·L-1磷酸鹽緩沖溶液中，利用循環(huán)伏安法研究了GOD/ZrP/GC電極的直接電化學(xué)行為和對(duì)葡萄糖的催化性能。結(jié)果表明，無(wú)定形磷酸鋯ZrP為載體修飾的電極GOD/ZrP/GC其電化學(xué)反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移速率快、表觀覆蓋量大；對(duì)葡萄糖的檢測(cè)表現(xiàn)出較快的電流響應(yīng)和較高的靈敏度，說(shuō)明無(wú)定形磷酸鋯更有利于GOD的固定和酶電極的直接電化學(xué)。

葡萄糖氧化酶；電催化性能；催化劑載體；電化學(xué)；穩(wěn)定性

DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20151475

磷酸鋯類(lèi)作為一類(lèi)多功能材料近年被廣泛關(guān)注，其主要原因在于該材料既有離子交換樹(shù)脂一樣的離子交換性能，又具有很好的擇形吸附性能和催化性能，同時(shí)磷酸鋯類(lèi)材料的熱穩(wěn)定性、耐酸堿性以及生物親和性也優(yōu)于其他很多載體材料，所以合成及應(yīng)用磷酸鋯類(lèi)材料的研究受到了廣泛的關(guān)注［8-10］。目前報(bào)道的合成磷酸鋯類(lèi)材料大多數(shù)為α-ZrP，主要是由于α型磷酸鋯具有較好的催化及插層等性能［11-13］；與其層狀同系物相比，介孔磷酸鹽的研究報(bào)道較少。介孔磷酸鋯類(lèi)材料的一個(gè)優(yōu)越性在于其具有較大的表面積、可調(diào)變的介孔孔道結(jié)構(gòu)以及豐富的骨架活性位，介孔磷酸鹽材料被期望于在催化、吸附等領(lǐng)域得到更廣闊的應(yīng)用［14-18］，所以介孔磷酸鹽材料的合成及催化行為研究在該領(lǐng)域具有重要的意義。

本研究合成了無(wú)定形介孔磷酸鋯載體材料，通過(guò)掃描電鏡、透射電鏡、BET等方法分析載體的形貌結(jié)構(gòu)；以無(wú)定形介孔磷酸鋯為載體固定葡萄糖氧化酶，在無(wú)任何電子媒介體存在條件下，對(duì)葡萄糖氧化酶的直接電化學(xué)性能以及其催化性能進(jìn)行了研究。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑和儀器

葡萄糖氧化酶（GOD，20 U·mg-1，Type Ⅱ，Aspergillus niger，Sigma），β-D（+）葡萄糖（β-D（+）-glucose，Sigma），Nafion 溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5%，Aldrich），0.1 mol·L-1磷酸鹽緩沖液（PBS），無(wú)機(jī)試劑均為分析純。葡萄糖溶液需放置24 h后使用以保證其不同異構(gòu)體之間達(dá)到平衡。

電化學(xué)性能測(cè)試均采用三電極體系、在PARSTAT2273電化學(xué)分析工作站（美國(guó)PAR公司）上進(jìn)行，分別以無(wú)定形磷酸鋯修飾玻碳（GC）電極為工作電極，飽和甘汞電極（SCE）為參比電極，鉑黑電極為對(duì)電極，電化學(xué)測(cè)試溫度為室溫。

1.2無(wú)定形介孔磷酸鋯的制備

將一定量的十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）溶于15ml乙醇溶液中，待其溶解后加入磷酸（摩爾比：P/CTAB=1），靜置半小時(shí)后，在攪拌過(guò)程中逐滴加入一定量的正丙醇鋯作為鋯源（摩爾比：P/Zr=2），室溫?cái)嚢?8 h后將得到的白色沉淀用去離子水和乙醇洗滌過(guò)濾以除去CTAB，在烘箱中80℃真空干燥，即得到無(wú)定形介孔磷酸鋯［12］。

1.3工作電極的制備

分別用砂紙、0.3 μm和 0.05 μm Al2O3將直徑為4 mm的GC電極進(jìn)行拋光至鏡面，先后在無(wú)水乙醇和二次蒸餾水中超聲清洗1 min，晾干備用。將4 mg ZrP超聲分散于1ml 0.1%的十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）水溶液中，形成白色的懸濁液，加入4 mg GOD，室溫下攪拌30 min；用微量進(jìn)樣器取5 μl混合物均勻覆蓋在GC電極表面，室溫下待溶劑揮發(fā)后，再將1 μl Nafion溶液滴在電極表面，溶劑揮發(fā)后得到的電極為GOD/ZrP/GC電極，該電極置于0.1 mol·L-1PBS（pH=7.0）中保存于4℃冰箱中。用同樣的方法制得ZrP/GC電極。

1.4介孔磷酸鋯的結(jié)構(gòu)表征及GOD/ZrP/GC電極的電化學(xué)性能測(cè)試

采用HITACHI S-4300掃描電子顯微鏡對(duì)ZrP載體材料進(jìn)行表面形貌表征；BET測(cè)試在MicromeriticsASAP 2010（美國(guó)麥克儀器公司）上進(jìn)行；傅里葉紅外（FT-IR）光譜測(cè)量在Nicolet 360 FT-IR紅外光譜儀上進(jìn)行。電化學(xué)測(cè)試在室溫下進(jìn)行，采用三電極系統(tǒng)：以鉑電極為對(duì)電極、飽和甘汞電極（SCE）為參比電極，分別以ZrP/GC、GOD/ZrP/GC電極（直徑4 mm）為工作電極。在不同pH的PBS溶液中測(cè)定GOD/ZrP/GC的循環(huán)伏安曲線。循環(huán)伏安掃描的電壓范圍為-0.68～-0.28 V（vs SCE）。在pH=7.0的緩沖體系中，利用循環(huán)伏安法測(cè)定不同葡萄糖濃度中GOD/ZrP/GC電極對(duì)葡萄糖的催化性能。

2　結(jié)果與討論

2.1磷酸鋯的結(jié)構(gòu)表征

圖1是磷酸鋯樣品的大角XRD圖。圖中在2θ為10°～40°和40°～70°范圍內(nèi)分別出現(xiàn)了一個(gè)寬峰，并且沒(méi)有明顯的晶體磷酸鋯的峰出現(xiàn)，顯示了磷酸鋯樣品無(wú)定形的特點(diǎn)［19］。

圖2為磷酸鋯的掃描電鏡圖和透射電鏡圖。從SEM圖可以看出，磷酸鋯樣品顆粒比較小，形狀類(lèi)似小球且表面光滑，很多小顆粒聚集在一起。由TEM測(cè)試結(jié)果可以看出磷酸鋯為蠕蟲(chóng)狀孔道結(jié)構(gòu)，由許多球狀的介孔籠通過(guò)窗口相互連接排列而成，圖的邊緣可以直接觀察到磷酸鋯的介孔籠，孔徑為2～3 nm。

2.2GOD在無(wú)定形磷酸鋯表面吸附的表征

圖3為GOD、ZrP和 GOD-ZrP的 FT-IR光譜。GOD的 FT-IR 光譜中，在1651和1541 cm-1處出現(xiàn)的吸收峰分別為GOD中酰胺Ⅰ和酰胺Ⅱ的吸收峰。酰胺Ⅰ是由葡萄糖氧化酶肽鏈骨架中的肽段連接處的伸縮振動(dòng)引起的，酰胺Ⅱ來(lái)源于彎曲和伸縮振動(dòng)，蛋白質(zhì)的酰胺Ⅰ和酰胺Ⅱ處的紅外吸收帶提供了多肽鏈二級(jí)結(jié)構(gòu)的信息［20-21］。圖3曲線c為GOD吸附在ZrP表面后的FT-IR 光譜圖，可以看出GOD仍保持了酰胺Ⅰ和酰胺Ⅱ的吸收峰，但峰位有所移動(dòng)，分別為1657和1544 cm-1處，其原因在于GOD的肽鏈上的基團(tuán)與ZrP上的含氧基團(tuán)之間形成的氫鍵可能會(huì)引起位移，另外由于ZrP上含氧基團(tuán)的吸收峰與GOD的吸收峰有一定重疊也會(huì)引起位移，該結(jié)果表明GOD已吸附在ZrP上。

圖1　合成的無(wú)定形磷酸鋯樣品的XRD圖Fig.1　XRD patterns of synthesized amorphous ZrP

圖2　無(wú)定形磷酸鋯樣品的SEM圖和TEM圖Fig.2　SEM （a） and TEM （b， c） micrographs of synthesized amorphous ZrP

圖3 GOD、ZrP和 GOD-ZrP的 FT-IR 光譜Fig.3　FT-IR spectra of GOD （a）， ZrP （b）， and GOD-ZrP （c）

2.3葡萄糖氧化酶的直接電化學(xué)

圖4　ZrP/GC電極和GOD/ZrP/GC電極的循環(huán)伏安曲線Fig.4　CV curves of ZrP/GC （a） and GOD/ZrP/GC （b） electrodes

圖4是ZrP/GC電極和GOD/ZrP/GC電極在0.1 mol·L-1PBS溶液（pH=7.0）中掃速為100 mV·s-1時(shí)的循環(huán)伏安曲線。圖4曲線a表明，ZrP/GC電極的循環(huán)伏安曲線中沒(méi)有任何氧化還原峰，說(shuō)明該電極在此電勢(shì)范圍內(nèi)無(wú)電活性；而在GOD/ZrP/GC電極的循環(huán)伏安曲線（圖4曲線b）中，分別在Epa=-0.385 V，Epc=-0.453 V處出現(xiàn)了一對(duì)明顯且可逆的氧化還原峰，說(shuō)明電極上的酶發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，其表觀式電位為E0′=-0.419 V，這與一些文獻(xiàn)［22-24］報(bào)道的表觀式電位很接近，峰位差ΔEp=68 mV，并且氧化還原峰電流基本相等，說(shuō)明葡萄糖氧化酶在電極表面進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)是一個(gè)可逆過(guò)程，表明葡萄糖氧化酶固定在電極表面并保持生物活性進(jìn)行可逆的電子轉(zhuǎn)移。

圖5（a）為GOD/ZrP/GC電極在Ar氣飽和的0.1 mol·L-1PBS（pH=7.0）中，不同掃描速率下的循環(huán)伏安曲線。當(dāng)掃描速率從75 mV·s-1增加到200 mV·s-1氧化還原峰電流與掃描速率呈線性關(guān)系［圖5（b）］，證明GOD的電化學(xué)反應(yīng)為表面控制過(guò)程［28］。隨著掃描速率的增加，氧化峰和還原峰峰電位分別向正、負(fù)方向產(chǎn)生較小的偏移，pEΔ增加，但幾乎不變。根據(jù)Laviron［29］電極表面異相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)的計(jì)算方法，利用掃描速率與峰位差的關(guān)系，可得到GOD的電化學(xué)反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移速率常數(shù)ks為1.82 s-1，這一數(shù)值與Jiang等［25］修飾在自組裝單分子層上的GOD直接電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)速率常數(shù)ks（0.026 s-1）相比大了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，說(shuō)明無(wú)定形磷酸鋯更有效地促進(jìn)了GOD與電極表面之間的電子傳遞過(guò)程。

圖6為GOD/ZrP/GC電極在Ar飽和和空氣飽和的0.1 mol·L-1PBS中、掃速為50 mV·s-1下的循環(huán)伏安圖。由圖可見(jiàn)，在這兩種氣氛下的PBS溶液中測(cè)得的CV曲線中均有一對(duì)明顯、可逆的氧化還原峰出現(xiàn)。在氧氣存在的條件下，酶的還原態(tài)（GOD-FADH2）會(huì)在電極表面被溶解氧快速地進(jìn)一步氧化，反應(yīng)如下［30］

圖5　GOD/ZrP/GC電極在不同掃速下的循環(huán)伏安曲線及氧化還原峰峰電流與掃描速率的關(guān)系曲線Fig.5　Cyclic voltammograms of GOD/ZrP/GC electrodes at different scanrates （75， 100， 125， 150， 175， 200 mV·s-1）（a） and plots of redox peak currents vs scan rates （b）

酶的氧化態(tài)形式的催化再生導(dǎo)致了反應(yīng)可逆性的降低以及還原峰的增加，因此如圖6所示在有O2存在的PBS中測(cè)得的CV曲線與相同條件下Ar飽和的PBS中的CV曲線相比，還原峰要大，氧化峰要小，說(shuō)明GOD（FADH2）可以催化溶解氧的還原［31-32］。

圖 7（a）為GOD/ZrP/GC電極在 0.1 mol·L-1不同 pH 的 PBS 中的循環(huán)伏安圖。由圖可見(jiàn)，在pH 6.0～8.0范圍內(nèi)，均能觀察到一對(duì)可逆的氧化還原峰。GOD 的氧化還原峰峰電位隨 pH的增加明顯負(fù)向移動(dòng)，表觀式量電位與 pH 呈線性關(guān)系［圖7（b）］，其斜率為-39.31 mV·pH-1，這一結(jié)果與先前文獻(xiàn)報(bào)道的吸附在溶膠金納米顆粒上的 GOD電極過(guò)程的結(jié)果（斜率為-43.7 mV·pH-1）［26］以及利用分子組裝技術(shù)在 SWCNT 修飾并電沉積羥基磷灰石的電極上固定的GOD的電極過(guò)程的結(jié)果（斜率-39 mV·pH-1）［33］很相似，表明在GOD/ZrP/GC電極上發(fā)生了直接電化學(xué)反應(yīng)：GOD-FADH2（FAD 為黃素腺嘌呤二核苷酸），該反應(yīng)伴隨有兩電子兩質(zhì)子的轉(zhuǎn)移，且GOD在電極表面的直接電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)具有較好的可逆性，含兩個(gè)FAD 中心的GOD 分子的直接電化學(xué)過(guò)程符合電子-質(zhì)子轉(zhuǎn)移數(shù)相等的機(jī)理。

圖6 GOD/ZrP/GC電極在Ar飽和和空氣飽和的0.1 mol·L-1PBS中掃速為50 mV·s-1下的循環(huán)伏安曲線Fig.6　Cyclic voltammograms of GOD/ZrP/GC electrode in Ar- and air-saturated 0.1mol·L-1PBS solution with scan rate of 50 mV·s-1

圖7　GOD/ZrP/GC電極在不同pH的PBS中的循環(huán)伏安曲線及E0′與溶液 pH 的關(guān)系曲線Fig.7　Cyclic voltammograms of GOD/ZrP/GC electrode at various pH values solution （0.1 mol·L-1PBS， pH 6.0， 6.5， 7.0，7.5， 8.0， scan rate： 50 mV·s-1） （a） and plot of E0′ vs pH of PBS （b）

2.4GOD/ZrP/GCE對(duì)葡萄糖的催化性能

圖8是酶電極在0.1 mol·L-1pH=7.0的PBS中掃速為20 mV·s-1時(shí)催化氧化葡萄糖的循環(huán)伏安曲線。由圖可見(jiàn)，未加入葡萄糖時(shí)，CV曲線中有一對(duì)氧化還原峰出現(xiàn)，當(dāng)加入1 mmol·L-1的葡萄糖后，CV曲線中氧化峰電流增大而還原峰電流減小，說(shuō)明葡萄糖在電極表面發(fā)生了催化氧化反應(yīng)且無(wú)定形磷酸鋯在酶和電極之間起到了傳遞電子的作用。

圖8　GOD/ZrP/GC電極在無(wú)葡萄糖和有1 mmol·L-1葡萄糖的空氣飽和、pH=7.0的0.1 mol·L-1PBS中的循環(huán)伏安圖（掃速為：20 mV·s-1）Fig.8　Cyclic voltammograms of GOD/ZrP/GC electrode in absence and presence of 1 mmol·L-1glucose in 0.1 mol·L-1PBS， pH=7.0 （scan rate： 20 mV·s-1）

GOD/ZrP/GC修飾電極對(duì)葡萄糖的安培響應(yīng)見(jiàn)圖9（a），在0.1 mol·L-1pH7.0 PBS緩沖溶液中連續(xù)加入一定量的葡萄糖溶液，電流響應(yīng)出現(xiàn)跳躍性增大，電極的電流響應(yīng)時(shí)間小于15 s，與文獻(xiàn)［34］中報(bào)道的響應(yīng)時(shí)間相近，電極響應(yīng)隨著葡萄糖的濃度增大出現(xiàn)飽和平臺(tái)，該結(jié)果是Michaelis-Menten酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征的充分表現(xiàn)。電極的響應(yīng)電流在0.4～2.0 mmol·L-1的范圍內(nèi)與葡萄糖濃度呈線性關(guān)系，見(jiàn)圖9（b），其線性回歸方程為i=1.52Cglucose-3.304（μA，mmol·L-1，R=-0.99878，n=5）。修飾電極的靈敏度是12.1 μA·（mmol·L-1）-1·cm-2，信噪比為3時(shí)的檢測(cè)限是0.3 mmol·L-1。結(jié)果表明GOD/ZrP/GC電極具有較高的靈敏度和較低檢測(cè)限。

圖9　葡萄糖傳感器對(duì)不同濃度葡萄糖溶液的響應(yīng)曲線Fig.9　Amperometric response to successive addition of 0.4 mmol·L-1glucose

圖10是GOD/ZrP/GC電極在pH=7.0的0.1 mol·L-1PBS中在100 mV·s-1的掃速下循環(huán)第1圈和第90圈的CV曲線。從圖中可以觀察到該電極在100 mV·s-1的掃速下連續(xù)進(jìn)行90圈循環(huán)伏安測(cè)試之后，氧化還原峰電流及其電位都沒(méi)有明顯改變，表明該修飾電極具有較好的操作穩(wěn)定性。圖11為將GOD/ZrP/GC電極在4℃條件下貯存7 d后和30 d后在含有1 mmol·L-1葡萄糖的0.1 mol·L-1pH=7的PBS中的循環(huán)伏安曲線。由圖可得，該電極貯存7 d后其葡萄糖氧化峰峰電流維持了初始電流的95%左右，而貯存30 d后其氧化峰峰電流仍能維持初始電流的85%，表明該電極具有較好的儲(chǔ)備穩(wěn)定性，即電極使用壽命較長(zhǎng)；用同樣的方法連續(xù)制備5個(gè)電極并在上述溶液中相同條件下進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，其氧化峰峰電流值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為4.7%，表明該電極具有較好的重現(xiàn)性。以上結(jié)果說(shuō)明，GOD/ZrP/GC電極具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，同時(shí)也說(shuō)明ZrP有利于葡萄糖氧化酶生物活性的保持。

圖10　GOD/ZrP/GC電極在pH=7.0的0.1 mol·L-1PBS中在100 mV·s-1的掃速下第1圈和第90圈的CV曲線Fig.10　The first （a） and 90th （b） cyclic voltammograms of GOD/ZrP/GC electrode in 0.1 mol·L-1PBS with pH=7.0，scan rate 100 mV·s-1

圖11　GOD/ZrP/GC電極在4℃下貯存7 d后和30 d后在含有1 mmol·L-1葡萄糖的pH=7.0的0.1 mol·L-1PBS中50 mV·s-1掃速下的CV曲線Fig.11　Cyclic voltammograms of GOD/ZrP/GC electrode before （a） and after placement for 7 d （b） and 30 d （c） in 0.1 mol·L-1PBS with pH=7.0， scan rate 50 mV·s-1

3　結(jié)　論

研究結(jié)果表明，無(wú)定形ZrP載體材料的介孔結(jié)構(gòu)有利于葡萄糖氧化酶的負(fù)載且負(fù)載量較大，以ZrP為載體可以很好地固定GOD并保持其生物活性。GOD/ZrP/GC電極的循環(huán)伏安曲線中氧化還原峰的電流與掃速呈線性關(guān)系，說(shuō)明電極反應(yīng)為表面控制過(guò)程；GOD的電化學(xué)反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移速率常數(shù)ks為1.82 s-1，GOD/ZrP/GC電極對(duì)葡萄糖檢測(cè)的靈敏度為12.1 μA·（mmol·L-1）-1·cm-2，檢測(cè)限為0.3 mmol·L-1。研究結(jié)果說(shuō)明無(wú)定形磷酸鋯利于GOD的固定和酶電極的直接電化學(xué)，該研究為無(wú)機(jī)載體在酶固定研究方面打下了一個(gè)很好的基礎(chǔ)。

References

［1］GALANT L， KAUFMAN R C， WILSON J D. Glucose： detection and analysis ［J］. Food Chemistry， 2015， （188）： 149-160 DOI：10.1016/ j.foodchem.2015.04.071.

［2］WANG J. Electrochemical glucose biosensors ［J］. Chemical Reviews，2008， 108 （2）： 814-825 DOI： 10.1021/cr068123a.

［3］ALWARAPPAN S， BOYAPALLE S， KUMAR A， et al. Comparative study of single-， few-， and multilayered graphene ［J］. Phys. Chem. C，2012， 116 （11）： 6556. doi： 10.1021/jp211201b.

［4］GU T， ZHANG Y， DENG F， et al. Direct electrochemistry of glucose oxidase and biosensing for glucose based on DNA/chitosan film ［J］. Environ. Sci.， 2011， 23 （Supplement）： S66. DOI： 10.1016/S1001-0742（11）61080-2.

［5］LUO Z M， YUWEN， L H， HAN Y J， et al. Reduced graphene oxide/PAMAM-silver nanoparticles nanocomposite modified electrode for direct electrochemistry of glucose oxidase and glucose sensing ［J］. Biosens. Bioelectron.， 2012， 36 （1）： 179. DOI：10.1016/ j.bios.2012.04.009.

［6］WANG Y， YUAN R， CHAIA Y， et al. Direct electron transfer：electrochemical glucose biosensor based on hollow Pt nanosphere functionalized multiwall carbon nanotubes ［J］. Mol. Catal. B： Enzym.，2011， 71 （3/4）：146. DOI：10.1016/j.molcatb.2011.04.011.

［7］于志輝， 宿婷婷， 任翠華， 等. 炭氣凝膠納米顆粒固定葡萄糖氧化酶的直接電化學(xué) ［J］.物理化學(xué)學(xué)報(bào)， 2012， 28 （12）： 2867-2873. DOI：10.3866/PKU.WHXB201209201. YU Z H， SU T T， REN C H， et al. Direct electrochemistry and immobilization of glucose oxidase on nano-carbon aerogels ［J］. Acta Phys.-Chim. Sin.， 2012， 28 （12）： 2867-2873. DOI： 10.3866/PKU. WHXB201209201.

［8］DONG J， WEN Y， MIAO Y， et al. A nanoporous zirconium phytate film for immobilization of redox protein and the direct electrochemical biosensor ［J］. Sensors and Actuators B， 2010， 150 （1）：141-147. DOI： 10.1016/j.snb.2010.07.029.

［9］LIU L M， SHEN B， SHI J J， et al. A novel mediator-free biosensor based on co-intercalation of DNA and hemoglobin in the interlayer galleries of α-zirconium phosphate ［J］. Biosensors and Bioelectronics，2010， 25 （12）： 2627-2632. DOI： 10.1016/j.bios.2010.04.031.

［10］LIU L M， WEN J， LIU L， et al. A mediator-free glucose biosensor based on glucose oxidase/chitosan/α-zirconium phosphate ternary biocomposite ［J］. Analytical Biochemistry， 2014， 445： 24-29. DOI：10.1016/j.ab.2013.10.005.

［11］LIU L， ZHANG H T， SHEN B， et al. pH-induced fabrication of DNA/chitosan/alpha-ZrP nanocomposite and DNA release ［J］. Nanotechnology， 2010， 21 （10）： 105102. DOI： 10.1088/0957-4484/ 21/10/105102.

［12］BHAMBHANI A， KUMAR C V. Protein/DNA/inorganic materials：DNA binding to layered alpha-zirconium phosphate enhances bound protein structure and activity ［J］. Adv. Mater.， 2006， 18 （7）： 939-942. DOI： 10.1002/adma.200502230.

［13］JONES D J， APTEL G， BRANDHORST M， et al. High surface area mesoporous titanium phosphate： synthesis and surface acidity determination ［J］. J. Mater. Chem.， 2000， 10 （8）： 1957-1963. DOI：10.1039/b002474k.

［14］ BHAUMIK A， INAGAKI S J. Mesoporous titanium phosphate molecular sieves with ion-exchange capacity ［J］. J. Am. Chem. Soc.，2001， 123 （4）： 691-696. DOI： 10.1021/ja002481s.

［15］TIEMANN M， FROBA M. Mesoporous aluminophosphates from a single-source precursor ［J］. Chem. Commun.， 2002， （5）： 406-407. DOI： 10.1039/b110662g.

［16］TIAN B Z， LIU X Y， TU B， et al. Self-adjusted synthesis of ordered stable mesoporous minerals by acid-base pairs ［J］. Nat. Mater.， 2003，2 （3）： 159-163. DOI： 10.1038/nmat838.

［17］MAL N K， ICHIKAWA S， FUJIWARA M. Synthesis of a novel mesoporous tin phosphate， SnPO4［J］. Chem. Commun.， 2002， （2）：112-113. DOI： 10.1039/B109948E.

［18］CHRISTIAN S， ALINE S， ANTONELLA G， et al. Hexagonal and cubic thermally stable mesoporous Tin（IV） phosphates with acidic and catalytic properties ［J］. Angew. Chem. Int. Ed.， 2002， 41 （9）：1594-1597. DOI： 10.1002/1521-3773（20020503）41：9＜1594：AIDANIE1594＞3.0.CO；2-W.

［19］SINHAMAHAPATRA A， SUTRADHAR N， ROY B， et al. Mesoporous zirconium phosphate catalyzed reactions： synthesis of industrially important chemicals in solvent-free conditions ［J］. Applied Catalysis A： General， 2010， 385 （1）： 22-30. DOI： 10.1016/ j.apcata.2010.06.016.

［20］NIWA K， FURUKAWA M， NIKI K. Ir reflectance studies of electron-transfer ptomoters for cutochrome-c on a gold electrode ［J］. J. Electroanal. Chem.， 1988， 245 （1）： 275-285. DOI： 10.1016/0022-0728（88）80074-3.

［21］IRACE G， BISMUTO E， SAVY F， et al. Unfolding pathway of myoglobin-molecular-properties of intermediate froms ［J］. Arch. Biochem. Biophys.， 1986， 244 （2）： 459-469. DOI： 10.1016/0003-9861（86）90614-4.

［22］PERIASAMY A P. Amperometric glucose sensor based on glucose oxidase immobilized on gelatin-multiwalled carbon nanotube modified glassy carbon electrode ［J］. Bioelectrochemistry， 2011， 80（2）： 114-120. DOI： 10.1016/j.bioelechem.2010.06.009.

［23］SHAN C， YANG H， SONG S， et al. Direct electrochemistry of glucose oxidase and biosensing for glucose based on graphene ［J］. Anal. Chem.，2009， 81 （6）： 2378-2382. DOI： 10.1021/ac802193c.

［24］YAO Y， SHIU K. Direct electrochemistry of glucose oxidase at carbon nanotube-gold colloid modified electrode with poly（diallyldimethylammonium chloride） coating ［J］. Electroanalysis，2008， 20 （14）： 1542-1548. DOI： 10.1002/elan.200804209.

［25］JIANG L， MCNEIL C J， COOPER J M. Direct electron-transfer reactions of glucose-oxidase immobilized at a self-assembled monolayer ［J］. J. Chem. Soc. Chem. Commun.， 1995， （12）： 1293-1295. DOI： 10.1039/C39950001293.

［26］LIU S Q， JU H X. Reagentless glucose biosensor based on direct electron transfer of glucose oxidase immobilized on colloidal gold modified carbon paste electrode ［J］. Biosens. Bioelectron.， 2003， 19（9）： 177-183. DOI： 10.1016/S0956-5663（03）00172-6.

［27］HUANG Y X， ZHANG W J， XIAO H， et al. An electrochemical investigation of glucose oxidase at a CdS nanoparticles modified electrode ［J］. Biosens. Bioelectron.， 2005， 21 （5）： 817-821. DOI：10.1016/j.bios.2005.01.012.

［28］BARD A J， FAULKNER L R. Electrochemical Methods， Fundamentaland Applications ［M］. 2nd ed. New York： John Wiley & Sons Inc.，2001：594.

［29］LAVIRON E. General expression of the linear potential sweep voltammogram in the case of diffusionless electrochemical systems［J］. Electroanal. Chem.， 1979， 101 （1）： 19-28. DOI： 10.1016/ S0022-0728（79）80075-3.

［30］WU Y H， HU S S. Direct electrochemistry of glucose oxidase in a colloid Au-dihexadecylphosphate composite film and its application to develop a glucose biosensor ［J］. Bioelectrochem.， 2007， 70 （2）：335-341. DOI： 10.1016/j.bioelechem.2006.05.001.

［31］MCKENZIE K J， MARKEN F. Accumulation and reactivity of the redox protein cytochrome c in mesoporous films of TiO2phytate ［J］. Langmuir， 2003， 19 （10）： 4327-4331. DOI： 10.1021/la0267903.

［32］TAO Y， KANOH H， KANEKO K. ZSM-5 monolith of uniform mesoporous channels ［J］. J. Am. Chem. Soc.， 2003， 125 （20）：6044-6045. DOI： 10.1021/ja0299405.

［33］朱瓊，魏雅，吳霞琴. 用羥基磷灰石和單壁碳納米管制備葡萄糖傳感器的研究 ［J］.化學(xué)研究與應(yīng)用， 2011， 23 （4）： 413-417. DOI：1004-1656（2011）23：4＜413：YQJLHS＞2.0.TX；2-9. ZHU Q， WEI Y， WU X Q. Glucose sensor based on hydroxyapatite and single-wall carbon nanotube composite ［J］. Chemical Research and Application， 2011， 23 （4）： 413-417. DOI： 1004-1656（2011）23：4＜413：YQJLHS＞2.0.TX；2-9.

［34］CHEN W， DING Y， AKHIGBE J， et al. Enhanced electrochemical oxygen reduction-based glucose sensing using glucose oxidase on nanodendritic poly［meso-tetrakis（2-thienyl）porphyrinato］cobalt（Ⅱ）-SWNTs composite electrodes ［J］. Biosensors and Bioelectronics，2010， 26 （2）： 504-510. DOI： 10.1016/j.bios.2010.07.062.

Direct electrochemistry of immobilized glucose oxidase on amorphous mesoporous zirconium phosphate

YU Zhihui， HUANG Pengfei， WANG Xiayan
（College of Environmental and Energy Engineering， Beijing University of Technology， Beijing 100124， China）

Glucose oxidase （GOD）/zirconium phosphate（ZrP）/glassy carbon（GC） electrode was prepared by adsorbing GOD on the amorphous mesoporous zirconium phosphate. The electrocatalytic properties of GOD/ZrP/GC electrode were characterized by cyclic voltammetric method at the medium of phosphate buffer （0.1 mol·L-1）. The results showed that there were quicker electron transfer rate and larger surface coverage when GOD was supported on zirconium phosphate. At the same time， the electrochemical device with this electrode showed faster current response and higher sensitivity in detection of glucose， indicating that zirconium phosphate could be more suitable support for immobilization of GOD and achieve better performance of direct electrochemistry. Key words： glucose oxidase； electro-catalytic performance； catalyst support； electrochemistry； stability

引　言

葡萄糖含量的檢測(cè)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、食品等眾多領(lǐng)域。利用具有良好的導(dǎo)電性能和生物性能的酶載體固定葡萄糖氧化酶并實(shí)現(xiàn)酶的直接電化學(xué)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。固定酶所使用的載體從其組成上可以分為無(wú)機(jī)載體、高分子載體、復(fù)合載體等，目前有關(guān)載體研究報(bào)道中主要是關(guān)于高分子載體、復(fù)合載體的研究［1-7］。而無(wú)機(jī)納米載體具有穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、對(duì)酶和微生物無(wú)毒性、不易被酶和微生物分解、耐酸堿、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，所以無(wú)機(jī)納米介孔材料作為固定化酶的新型載體的研究對(duì)于實(shí)現(xiàn)酶的直接電化學(xué)、提高葡萄糖氧化酶的催化性能具有重要的意義。

date： 2015-09-21.

YU Zhihui， yuzhihui@bjut.edu.cn

supported by the National High Technology Research and Development Program of China （2012AA052201）.

O 646

A

0438—1157（2016）05—2161—08

2015-09-21收到初稿，2015-12-03收到修改稿。

聯(lián)系人及第一作者：于志輝（1961—），女，教授。

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2012AA052201）；北京市教育委員會(huì)科技發(fā)展計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（KZ201310005001）；北京市教委科研計(jì)劃面上項(xiàng)目（KM201210005008）；新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目（NCET-12-0603）。