【摘要】：過氧化氫(H_2O_2)在生物細(xì)胞的信號傳遞和正常細(xì)胞功能的維持中發(fā)揮著重要作用。然而,過量的H_2O_2會導(dǎo)致人體多種疾病的發(fā)生。因此,實(shí)現(xiàn)H_2O_2的超靈敏檢測對于人體健康具有重要意義�；谔祭w維微電極的電化學(xué)生物傳感器具有良好的電分析靈敏度,能夠滿足檢測需求。在碳纖維微電極上修飾碳前驅(qū)體衍生的碳納米材料并構(gòu)筑三維陣列結(jié)構(gòu),不僅能極大地提高碳纖維的表面積,使工作電極與待測物充分接觸;而且可以引入活性催化組分(貴金屬納米粒子、氮硼磷等雜原子),從而提高微電極的靈敏度,為超靈敏檢測細(xì)胞樣品中的H_2O_2提供可行性�；贖_2O_2的超靈敏檢測需求以及碳纖維基微電極的發(fā)展,開發(fā)了兩種聚合物衍生的碳納米材料修飾的碳纖維微電極,應(yīng)用于構(gòu)建近細(xì)胞檢測癌細(xì)胞釋放的H_2O_2的電化學(xué)生物傳感器。本文的主要研究內(nèi)容如下:1、基于聚多巴胺(Polydopamine,PDA)優(yōu)異的成膜性能和高的碳產(chǎn)率,以PDA為碳前驅(qū)體,以氧化鋅納米棒陣列修飾活化碳纖維(ZnO nanorod arrays/activiated carbon fiber,ZnO-NRAs/ACF)為模板,制備了氮摻雜的碳納米管陣列修飾活化碳纖維(Nitrogen doped carbon nanotube arrays/actived carbon fiber,N-CNTAs/ACF)微電極。三維N-CNTAs極大地增加ACF的表面積,且N-CNTAs之間的空隙有利于電解質(zhì)分子與活性位點(diǎn)接觸。再采用浸漬還原的方法在N-CNTAs/ACF上負(fù)載鈀鉑合金納米粒子(PdPt/N-CNTAs/ACF)。由于鈀鉑合金的高催化活性以及不同組分間的協(xié)同作用,微電極對H_2O_2具有良好的催化響應(yīng)�；谠撐㈦姌O的電化學(xué)傳感器應(yīng)用于原位檢測人肝癌細(xì)胞(HepG2)、人宮頸癌細(xì)胞(Hela)和人乳腺癌細(xì)胞(MCF-7)分泌的H_2O_2含量,其結(jié)果可用于鑒別癌細(xì)胞種類和評估放療效果。2、為了進(jìn)一步探討碳前驅(qū)體對衍生的碳納米材料形貌、結(jié)構(gòu)和化學(xué)性能的影響,以ZnO-NRAs/ACF為模板,以離子液體1-乙烯基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽(1-vinyl-3-ethyl imidazole tetrafluoroborate,[VEIM]BF_4)聚合物為含雜原子碳前驅(qū)體,以1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(1-octyl-3-methyl imidazole hexafluorophosphate,[OMIM]PF_6)為雜原子摻雜劑和自模板造孔劑,制備了氮硼磷摻雜多孔碳納米管陣列修飾活化碳纖維(Nitrogen,boron,phosphorus doped porous carbon nanotube arrays/actived carbon fiber,NBP-PCNTAs/ACF)微電極。將浸潤了[VEIM]BF_4和[OMIM]PF_6混合物的ZnO-NRAs/ACF在惰性氣體中加熱,[VEIM]BF_4發(fā)生自聚反應(yīng);進(jìn)一步高溫碳化,[VEIM]BF_4聚合物碳前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為氮硼摻雜的碳骨架,[OMIM]PF_6發(fā)生熱裂解,氮和磷雜原子摻雜進(jìn)入碳骨架,并在碳骨架上形成多孔結(jié)構(gòu)。多孔三維陣列結(jié)構(gòu)不僅增加了ACF的表面積,而且降低了反應(yīng)物小分子的傳輸阻力,提高了化學(xué)反應(yīng)速率。雜原子摻雜有利于改變碳材料的結(jié)構(gòu)、電荷密度以及碳原子周圍的電子云排布,增強(qiáng)電極的催化活性,且多種雜原子的協(xié)同作用使NBP-PCNTAs/ACF微電極具有良好的H_2O_2傳感性能,可用于近細(xì)胞檢測HepG2、Hela和MCF-7三種活細(xì)胞釋放的H_2O_2。
【圖文】：

圖 1-1（A）PANI 為碳前驅(qū)體制備中空碳球的流程圖；（B）和（C）分別為中空碳球的掃電子顯微鏡（Scanning electron microscopy, SEM）圖和透射電子顯微鏡（Transmission electromicroscope, TEM）圖；（D）和（E）分別為碳化 PANI 納米球得到的 HMCSs 的 SEM 和 TE圖；（F）鐵納米粒子鑲嵌 PANI 未碳化 SEM 圖；（G）和（H）分別為 1000 °C 碳化處理鐵納米粒子鑲嵌 PANI 后的 SEM 和 TEM 圖1.2.1.2 聚吡咯衍生的碳納米材料聚吡咯（Polypyrrole, PPY）是由吡咯單體聚合而成，作為一種廣泛研究的聚合物，具有含氮量高和熱裂解后碳質(zhì)殘留量高的特點(diǎn)（碳產(chǎn)率 60 wt.%）[17]。與PANI 一樣，PPY 也含有共價(jià)鍵合氮，共價(jià)鍵合氮在聚合物前驅(qū)體碳化后摻雜入碳結(jié)構(gòu)中，為碳材料提供了更多的活性位點(diǎn)，并且提高了材料的導(dǎo)電性[6]。Lu 等[18]以 3-氯過苯甲酸為氧化劑和結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)劑，吡咯單體為反應(yīng)物，成功

到多功能的目的。更重要的是，PDA 具有高的碳產(chǎn)率，在氮化時，其碳產(chǎn)率接近 60 wt.%[25]，，已被認(rèn)為是制備碳納米材料 等[4]在 2011 年首次利用 PDA 作為碳前驅(qū)體，二氧化硅（SiO2模板，制備出均勻的空心碳球。經(jīng)高溫碳化和除去 SiO2后，持了完整的球形形貌和結(jié)構(gòu)（如圖 1-3A）。更有意義的是，這以用于合成其他碳包覆復(fù)合材料。Qiao 等[26]報(bào)道了通過簡單DA 沉積在氧化石墨烯（Graphene oxide, GO）表面，制備了氮itrogen doped carbon nanosheet, NDCNs）（如圖 1-3B）。所得到的的介孔結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)高度依賴于 PDA-GO 中間體的厚度和退，當(dāng) PDA-GO 中間體的厚度為 5 nm，熱裂解溫度為 900 °C的厚度為 2.7 nm，介孔尺寸為 3.9 nm，表面積高達(dá) 272.3 m2g-1RR 催化活性。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP212.3;O646.54

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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3 徐莉,高飛;活性氧與細(xì)胞增殖[J];國外醫(yī)學(xué)(腫瘤學(xué)分冊);2002年04期

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 王露;三維多孔石墨烯修飾碳纖維微電極在癌癥電化學(xué)檢測中的應(yīng)用[D];華中科技大學(xué);2017年

本文編號：2666495