無定形介孔磷酸鋯固定葡萄糖氧化酶的直接電化學

于志輝，黃鵬飛，汪夏燕

（北京工業大學環境與能源工程學院，北京 100124）

?

無定形介孔磷酸鋯固定葡萄糖氧化酶的直接電化學

于志輝，黃鵬飛，汪夏燕

（北京工業大學環境與能源工程學院，北京 100124）

利用無定形介孔磷酸鋯（ZrP）為載體，通過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，利用循環伏安法研究了GOD/ZrP/GC電極的直接電化學行為和對葡萄糖的催化性能。結果表明，無定形磷酸鋯ZrP為載體修飾的電極GOD/ZrP/GC其電化學反應電子轉移速率快、表觀覆蓋量大；對葡萄糖的檢測表現出較快的電流響應和較高的靈敏度，說明無定形磷酸鋯更有利于GOD的固定和酶電極的直接電化學。

葡萄糖氧化酶；電催化性能；催化劑載體；電化學；穩定性

DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20151475

磷酸鋯類作為一類多功能材料近年被廣泛關注，其主要原因在于該材料既有離子交換樹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，同時磷酸鋯類材料的熱穩定性、耐酸堿性以及生物親和性也優于其他很多載體材料，所以合成及應用磷酸鋯類材料的研究受到了廣泛的關注［8-10］。目前報道的合成磷酸鋯類材料大多數為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道較少。介孔磷酸鋯類材料的一個優越性在于其具有較大的表面積、可調變的介孔孔道結構以及豐富的骨架活性位，介孔磷酸鹽材料被期望于在催化、吸附等領域得到更廣闊的應用［14-18］，所以介孔磷酸鹽材料的合成及催化行為研究在該領域具有重要的意義。

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

1　實驗部分

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（質量分數為 5%，Aldrich），0.1 mol·L-1磷酸鹽緩沖液（PBS），無機試劑均為分析純。葡萄糖溶液需放置24 h后使用以保證其不同異構體之間達到平衡。

電化學性能測試均采用三電極體系、在PARSTAT2273電化學分析工作站（美國PAR公司）上進行，分別以無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，鉑黑電極為對電極，電化學測試溫度為室溫。

1.2無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），靜置半小時后，在攪拌過程中逐滴加入一定量的正丙醇鋯作為鋯源（摩爾比：P/Zr=2），室溫攪拌48 h后將得到的白色沉淀用去離子水和乙醇洗滌過濾以除去CTAB，在烘箱中80℃真空干燥，即得到無定形介孔磷酸鋯［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電極進行拋光至鏡面，先后在無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，室溫下待溶劑揮發后，再將1 μl Nafion溶液滴在電極表面，溶劑揮發后得到的電極為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介孔磷酸鋯的結構表征及GOD/ZrP/GC電極的電化學性能測試

采用HITACHI S-4300掃描電子顯微鏡對ZrP載體材料進行表面形貌表征；BET測試在MicromeriticsASAP 2010（美國麥克儀器公司）上進行；傅里葉紅外（FT-IR）光譜測量在Nicolet 360 FT-IR紅外光譜儀上進行。電化學測試在室溫下進行，采用三電極系統：以鉑電極為對電極、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溶液中測定GOD/ZrP/GC的循環伏安曲線。循環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，利用循環伏安法測定不同葡萄糖濃度中GOD/ZrP/GC電極對葡萄糖的催化性能。

2　結果與討論

2.1磷酸鋯的結構表征

圖1是磷酸鋯樣品的大角XRD圖。圖中在2θ為10°～40°和40°～70°范圍內分別出現了一個寬峰，并且沒有明顯的晶體磷酸鋯的峰出現，顯示了磷酸鋯樣品無定形的特點［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，形狀類似小球且表面光滑，很多小顆粒聚集在一起。由TEM測試結果可以看出磷酸鋯為蠕蟲狀孔道結構，由許多球狀的介孔籠通過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引起的，酰胺Ⅱ來源于彎曲和伸縮振動，蛋白質的酰胺Ⅰ和酰胺Ⅱ處的紅外吸收帶提供了多肽鏈二級結構的信息［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，分別為1657和1544 cm-1處，其原因在于GOD的肽鏈上的基團與ZrP上的含氧基團之間形成的氫鍵可能會引起位移，另外由于ZrP上含氧基團的吸收峰與GOD的吸收峰有一定重疊也會引起位移，該結果表明GOD已吸附在ZrP上。

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

圖2　無定形磷酸鋯樣品的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

圖4　ZrP/GC電極和GOD/ZrP/GC電極的循環伏安曲線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時的循環伏安曲線。圖4曲線a表明，ZrP/GC電極的循環伏安曲線中沒有任何氧化還原峰，說明該電極在此電勢范圍內無電活性；而在GOD/ZrP/GC電極的循環伏安曲線（圖4曲線b）中，分別在Epa=-0.385 V，Epc=-0.453 V處出現了一對明顯且可逆的氧化還原峰，說明電極上的酶發生了氧化還原反應，其表觀式電位為E0′=-0.419 V，這與一些文獻［22-24］報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，說明葡萄糖氧化酶在電極表面進行的氧化還原反應是一個可逆過程，表明葡萄糖氧化酶固定在電極表面并保持生物活性進行可逆的電子轉移。

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伏安曲線。當掃描速率從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系［圖5（b）］，證明GOD的電化學反應為表面控制過程［28］。隨著掃描速率的增加，氧化峰和還原峰峰電位分別向正、負方向產生較小的偏移，pEΔ增加，但幾乎不變。根據Laviron［29］電極表面異相反應動力學常數的計算方法，利用掃描速率與峰位差的關系，可得到GOD的電化學反應的電子轉移速率常數ks為1.82 s-1，這一數值與Jiang等［25］修飾在自組裝單分子層上的GOD直接電子轉移反應速率常數ks（0.026 s-1）相比大了兩個數量級，說明無定形磷酸鋯更有效地促進了GOD與電極表面之間的電子傳遞過程。

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下的循環伏安圖。由圖可見，在這兩種氣氛下的PBS溶液中測得的CV曲線中均有一對明顯、可逆的氧化還原峰出現。在氧氣存在的條件下，酶的還原態（GOD-FADH2）會在電極表面被溶解氧快速地進一步氧化，反應如下［30］

圖5　GOD/ZrP/GC電極在不同掃速下的循環伏安曲線及氧化還原峰峰電流與掃描速率的關系曲線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）

酶的氧化態形式的催化再生導致了反應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 中的循環伏安圖。由圖可見，在pH 6.0～8.0范圍內，均能觀察到一對可逆的氧化還原峰。GOD 的氧化還原峰峰電位隨 pH的增加明顯負向移動，表觀式量電位與 pH 呈線性關系［圖7（b）］，其斜率為-39.31 mV·pH-1，這一結果與先前文獻報道的吸附在溶膠金納米顆粒上的 GOD電極過程的結果（斜率為-43.7 mV·pH-1）［26］以及利用分子組裝技術在 SWCNT 修飾并電沉積羥基磷灰石的電極上固定的GOD的電極過程的結果（斜率-39 mV·pH-1）［33］很相似，表明在GOD/ZrP/GC電極上發生了直接電化學反應：GOD-FADH2（FAD 為黃素腺嘌呤二核苷酸），該反應伴隨有兩電子兩質子的轉移，且GOD在電極表面的直接電子轉移反應具有較好的可逆性，含兩個FAD 中心的GOD 分子的直接電化學過程符合電子-質子轉移數相等的機理。

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中的循環伏安曲線及E0′與溶液 pH 的關系曲線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時催化氧化葡萄糖的循環伏安曲線。由圖可見，未加入葡萄糖時，CV曲線中有一對氧化還原峰出現，當加入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，說明葡萄糖在電極表面發生了催化氧化反應且無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修飾電極對葡萄糖的安培響應見圖9（a），在0.1 mol·L-1pH7.0 PBS緩沖溶液中連續加入一定量的葡萄糖溶液，電流響應出現跳躍性增大，電極的電流響應時間小于15 s，與文獻［34］中報道的響應時間相近，電極響應隨著葡萄糖的濃度增大出現飽和平臺，該結果是Michaelis-Menten酶反應動力學特征的充分表現。電極的響應電流在0.4～2.0 mmol·L-1的范圍內與葡萄糖濃度呈線性關系，見圖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時的檢測限是0.3 mmol·L-1。結果表明GOD/ZrP/GC電極具有較高的靈敏度和較低檢測限。

圖9　葡萄糖傳感器對不同濃度葡萄糖溶液的響應曲線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的掃速下連續進行90圈循環伏安測試之后，氧化還原峰電流及其電位都沒有明顯改變，表明該修飾電極具有較好的操作穩定性。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備穩定性，即電極使用壽命較長；用同樣的方法連續制備5個電極并在上述溶液中相同條件下進行循環伏安測試，其氧化峰峰電流值的相對標準偏差僅為4.7%，表明該電極具有較好的重現性。以上結果說明，GOD/ZrP/GC電極具有良好的穩定性和重現性，同時也說明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　論

研究結果表明，無定形ZrP載體材料的介孔結構有利于葡萄糖氧化酶的負載且負載量較大，以ZrP為載體可以很好地固定GOD并保持其生物活性。GOD/ZrP/GC電極的循環伏安曲線中氧化還原峰的電流與掃速呈線性關系，說明電極反應為表面控制過程；GOD的電化學反應的電子轉移速率常數ks為1.82 s-1，GOD/ZrP/GC電極對葡萄糖檢測的靈敏度為12.1 μA·（mmol·L-1）-1·cm-2，檢測限為0.3 mmol·L-1。研究結果說明無定形磷酸鋯利于GOD的固定和酶電極的直接電化學，該研究為無機載體在酶固定研究方面打下了一個很好的基礎。

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 ［J］.物理化學學報， 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］.化學研究與應用， 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

葡萄糖含量的檢測被廣泛應用于醫療、食品等眾多領域。利用具有良好的導電性能和生物性能的酶載體固定葡萄糖氧化酶并實現酶的直接電化學是當前研究的熱點之一。固定酶所使用的載體從其組成上可以分為無機載體、高分子載體、復合載體等，目前有關載體研究報道中主要是關于高分子載體、復合載體的研究［1-7］。而無機納米載體具有穩定性好、機械強度高、對酶和微生物無毒性、不易被酶和微生物分解、耐酸堿、壽命長等優點，所以無機納米介孔材料作為固定化酶的新型載體的研究對于實現酶的直接電化學、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。

聯系人及第一作者：于志輝（1961—），女，教授。

國家高技術研究發展計劃項目（2012AA052201）；北京市教育委員會科技發展計劃重點項目（KZ201310005001）；北京市教委科研計劃面上項目（KM201210005008）；新世紀優秀人才支持計劃項目（NCET-12-0603）。