【摘要】：過氧化氫(H_2O_2)在生物細胞的信號傳遞和正常細胞功能的維持中發(fā)揮著重要作用。然而,過量的H_2O_2會導致人體多種疾病的發(fā)生。因此,實現(xiàn)H_2O_2的超靈敏檢測對于人體健康具有重要意義。基于碳纖維微電極的電化學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體衍生的碳納米材料并構筑三維陣列結構,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,應用于構建近細胞檢測癌細胞釋放的H_2O_2的電化學生物傳感器。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分子與活性位點接觸。再采用浸漬還原的方法在N-CNTAs/ACF上負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。基于該微電極的電化學傳感器應用于原位檢測人肝癌細胞(HepG2)、人宮頸癌細胞(Hela)和人乳腺癌細胞(MCF-7)分泌的H_2O_2含量,其結果可用于鑒別癌細胞種類和評估放療效果。2、為了進一步探討碳前驅體對衍生的碳納米材料形貌、結構和化學性能的影響,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;進一步高溫碳化,[VEIM]BF_4聚合物碳前驅體轉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入碳骨架,并在碳骨架上形成多孔結構。多孔三維陣列結構不僅增加了ACF的表面積,而且降低了反應物小分子的傳輸阻力,提高了化學反應速率。雜原子摻雜有利于改變碳材料的結構、電荷密度以及碳原子周圍的電子云排布,增強電極的催化活性,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,可用于近細胞檢測HepG2、Hela和MCF-7三種活細胞釋放的H_2O_2。
【圖文】：

圖 1-1（A）PANI 為碳前驅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殘留量高的特點（碳產(chǎn)率 60 wt.%）[17]。與PANI 一樣，PPY 也含有共價鍵合氮，共價鍵合氮在聚合物前驅體碳化后摻雜入碳結構中，為碳材料提供了更多的活性位點，并且提高了材料的導電性[6]。Lu 等[18]以 3-氯過苯甲酸為氧化劑和結構誘導劑，吡咯單體為反應物，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]，，已被認為是制備碳納米材料 等[4]在 2011 年首次利用 PDA 作為碳前驅體，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構（如圖 1-3A）。更有意義的是，這以用于合成其他碳包覆復合材料。Qiao 等[26]報道了通過簡單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）。所得到的的介孔結構，其結構高度依賴于 PDA-GO 中間體的厚度和退，當 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 272.3 m2g-1RR 催化活性。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212.3;O646.54

【參考文獻】

相關期刊論文 前5條

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2 管小淮;;淺談自由基與人體的健康關系[J];現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技;2006年08期

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4 蘇志新;;過多的活性氧自由基是萬病之源[J];食品與健康;2002年09期

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相關碩士學位論文 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檢測中的應用[D];華中科技大學;2017年

本文編號：2666495