以奈米碳管電極為基底之電化學生物感測器

Electrochemical Biosensors Based on Carbon Nanotube Electrodes

陳彥旭(Yan-Xu Chen)

指導教授 ： 黃金花

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/博士(2008年)

摘要

在本論文研究中，我們發表了一種簡單且有效的直接固定化酵素和經由金粒子修飾的間接固定化酵素方法，使其與利用微波加熱化學氣相沉積法直接成長在矽基板上的奈米碳管之間形成連結。其結果顯示，當強酸前處理時間由6小時增加到24小時，在相同條件下即在EDC和NHS溶液中活化3小時且在葡萄糖氧化酵素(GOx)中培養3小時，葡萄糖生物感測器的靈敏度從2.05 mAM-1cm-2增加到20.6 mAM-1cm-2。再者，也發現經由直接的電子束沉積金粒子在電極上的奈米碳管形成金粒子與奈米碳管的複合材料，可以提供大面積允許大量的酵素固定化在電極上，其間的交互作用靠著金與乙硫醇酸(thioacetic acid)在末端所形成羧基(carboxyl)與葡萄糖氧化酵素的氨基(amino group)形成鍵結。更重要的是，當蒸鍍的金粒子增加，奈米碳管生物感測器針對葡萄糖顯現出一線性高靈敏度從15.16 ?AmM-1cm-2增加到75.75 ?AmM-1cm-2.
此外，本研究也對奈米碳管和環氧樹酯(epoxy)所形成的複合材料電極，其相關的基礎電化學性質及在葡萄糖生物感測器的應用上加以研究。當旋轉塗佈的速率增加到7000 rev/min時,峰對峰的距離(?Ep)減少且在20 to 500 mV/s的掃描速率下保持~75 mV，擁有非常低的充電電流就是電容(Cd)趨近於零。此奈米碳管和環氧樹酯(epoxy)所形成的複合材料電極經由葡萄糖氧化酵素修飾後呈現出良好的線性關係，從葡萄糖濃度為0.05 mM到1.05 mM且靈敏度為1.13 ?AmM-1。在另一方面，經由直接的電子束沉積鎳粒子在電極上的奈米碳管所形成的奈米碳管與鎳的複合材料也應用再乙醇的生物感測器上。當蒸鍍的鎳粒子增加，此奈米碳管與鎳的複合材料電極得到非常高的靈敏度0.29 ?A?M-1cm-2增加到14.81 ?A?M-1cm-2。藉由此方法，發展中的乙醇生物感測器可以用於飲料中啤酒與紅酒的檢測。在我們實驗室下，經由不斷的努力，針對未來生物感測器需同時檢測不同樣品的要求下探索不同的領域與能力。

關鍵字

奈米碳管 ； 葡萄糖氧化酵素 ； 生物感測器 ； 酒精感測器

參考文獻

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