本文關(guān)鍵詞：納米復(fù)合材料構(gòu)建電化學(xué)生物傳感器的研究

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【摘要】：電化學(xué)生物分析技術(shù)是將微電子技術(shù)、材料技術(shù)、生物技術(shù)、納米技術(shù)等結(jié)合起來而發(fā)展起來的新興技術(shù)。電化學(xué)生物傳感器由于其生物特異性已在腫瘤標(biāo)志物、葡萄糖、過氧化氫等領(lǐng)域的研究中廣泛應(yīng)用。和其他分析技術(shù)如酶聯(lián)免疫法、單一徑向擴(kuò)散試驗(yàn)分析等相比,電化學(xué)生物傳感器具有靈敏度高、成本低、分析速度快和制備過程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在過去幾年里,新型納米復(fù)合材料由于其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)而在催化和電催化領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。這主要是由于納米復(fù)合材料具有較高的比表面積和優(yōu)異的生物相容性。近年來,隨著電化學(xué)生物傳感器技術(shù)的發(fā)展,更加高效的納米材料的發(fā)掘和如何將這些小分子的材料穩(wěn)定地固定于電極表面已成為高靈敏度、高穩(wěn)定性生物傳感器研制過程中的兩個(gè)重要問題。本文利用新型納米材料:納米普魯士藍(lán)、納米四氧化三鈷、納米氧化亞銅和氫氧化鎳結(jié)合易成膜材料多巴胺等構(gòu)建一系列穩(wěn)定的納米復(fù)合材料用于電化學(xué)生物傳感器的研究。實(shí)驗(yàn)采用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、紅外色譜(FT-IR)等對(duì)納米復(fù)合材料的制備過程進(jìn)行表征,采用電化學(xué)技術(shù)對(duì)傳感器組裝過程和性能進(jìn)行表征。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下:(1)本實(shí)驗(yàn)首先在納米金表面原位沉積普魯士藍(lán),然后在核殼結(jié)構(gòu)納米金-普魯士藍(lán)的表面包覆一層易氧化聚合的多巴胺保護(hù)膜,利用多巴胺聚合表面殘留的大量氨基和羥基進(jìn)一步將納米鉑粒子修飾于聚多巴胺膜表面制得普魯士藍(lán)-聚多巴胺-納米鉑多層納米復(fù)合材料。將此復(fù)合材料修飾于金電極表面,協(xié)同使用辣根過氧化物酶用于H_2O_2濃度的分析檢測(cè)。結(jié)果表明:聚多巴胺的引入有效增加了普魯士藍(lán)的穩(wěn)定性、納米鉑的負(fù)載量和后續(xù)辣根過氧化物酶的生物活性;由于普魯士藍(lán)、納米鉑和辣根過氧化物酶對(duì)H_2O_2的協(xié)同催化作用,酶功能化納米復(fù)合材料修飾電極對(duì)H_2O_2表現(xiàn)出良好的電還原活性。優(yōu)化條件下,對(duì)H_2O_2的檢測(cè)范圍為2.0×10~(-7)~1.0×10~(-3) mol L~(-1)。(2)基于水熱法合成了形貌均一的納米Co_3O_4,利用其強(qiáng)催化性能將其連同納米Pt和辣根過氧化物酶(HRP)層層修飾于金電極表面,最終構(gòu)建出對(duì)H_2O_2具有三重催化作用的新型納米復(fù)合材料Co_3O_4-Pt-HRP修飾電極,并將其應(yīng)用于對(duì)H_2O_2的濃度檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)納米Co_3O_4與納米Pt的催化作用相互協(xié)同,并且納米Pt較大的比表面積和優(yōu)良的生物相容性增加了后續(xù)辣根過氧化物酶的負(fù)載量與生物催化活性,從而提高了傳感器的靈敏度。在優(yōu)化條件下,對(duì)H_2O_2濃度的檢測(cè)范圍為2.0μmol L~(-1)~7.1 mmol L~(-1),檢出限為0.9μmol L~(-1)。(3)利用多巴胺自聚合特點(diǎn),將菱形十二面體Cu_2O納米粒子包覆并功能化,置于氯金酸溶液中還原沉積納米金,制備氧化亞銅/聚多巴胺/納米金(Cu_2O-PDA-Au)納米復(fù)合材料,構(gòu)建靈敏度高、穩(wěn)定性好的無標(biāo)記電流型甲胎蛋白免疫傳感器。通過FT-IR、XRD和TEM對(duì)該納米復(fù)合材料進(jìn)行表征,采用循環(huán)伏安分析(CV)和交流阻抗分析(EIS)考察修飾電極的電化學(xué)特性。菱形十二面體Cu_2O較傳統(tǒng)納米Cu_2O具有更好電荷轉(zhuǎn)移能力和催化活性。聚多巴胺包覆層表面的氨基和羥基為該納米復(fù)合材料修飾蛋白提供了很好的微環(huán)境;納米金大的比表面積及良好的生物相容性,能夠增加蛋白固載數(shù)量且保持蛋白活性,加快電子傳輸,進(jìn)而增強(qiáng)免疫傳感器的靈敏度。在優(yōu)化條件下,免疫傳感器的檢測(cè)范圍為0.01~80 ng m L~(-1),檢出限為0.007 ng m L~(-1)。(4)采用層層組裝的方法成功制備了GE/Ni(OH)2-PDA-Pt修飾電極,并將該修飾電極用于過氧化氫濃度的檢測(cè)。在優(yōu)化條件下,對(duì)H_2O_2濃度的檢測(cè)范圍為0.002 mol L~(-1)~0.1 mol L~(-1),檢出限為0.001 mol L~(-1)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),基于氫氧化鎳在堿性條件下高效的電催化活性以及聚多巴胺的引入有效增加了納米鉑粒子的負(fù)載量從而增強(qiáng)了電極表面的導(dǎo)電性,增大了反應(yīng)接觸面積,提高了傳感器的檢測(cè)性能。此外,該H_2O_2傳感器成本低廉,制備過程簡(jiǎn)單,穩(wěn)定性強(qiáng)。
【學(xué)位授予單位】：石河子大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33;TP212.3

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