本文關(guān)鍵詞：基于金屬納米顆粒修飾碳納米材料制備納米復(fù)合物構(gòu)建電化學(xué)傳感器對(duì)生化小分子多組分同時(shí)檢測(cè)的研究

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【摘要】：生化小分子與人類的生命活動(dòng)息息相關(guān),由于它們參與著各種人體新陳代謝,所以可以影響身體健康。其中抗壞血酸(AA)、多巴胺(DA)、尿酸(UA)都共存于哺乳動(dòng)物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的細(xì)胞間液和血液中,AA是一種體內(nèi)的抗氧化劑,DA是神經(jīng)遞質(zhì),UA是嘌呤代謝產(chǎn)物,它們?cè)隗w內(nèi)的濃度變化與一些疾病息息相關(guān)。靈敏地、選擇性地同時(shí)檢測(cè)多組分生化小分子對(duì)醫(yī)學(xué)的臨床診斷、神經(jīng)化學(xué)、生物活動(dòng)機(jī)理方面都有很重要的意義。電化學(xué)傳感器具有成本低廉、容易操作、選擇性高、靈敏度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),這使得其在分析化學(xué)領(lǐng)域可以應(yīng)用到生化小分子的檢測(cè)。然而,裸電極并不能有選擇性地識(shí)別生化小分子,因?yàn)樵S多生化小分子在裸電極上具有相似的氧化電位和重疊的氧化峰,所以實(shí)現(xiàn)做多組分的同時(shí)檢測(cè)比較困難。因此需要在裸的玻碳電極(GCE)上修飾具有對(duì)生化小分子區(qū)分識(shí)別功能和增加電子傳遞的表面微結(jié)構(gòu),來構(gòu)建可以對(duì)多組分生化小分子靈敏地同時(shí)檢測(cè)的電化學(xué)傳感器。本文著重用金屬納米顆粒修飾碳納米材料制備納米復(fù)合物來修飾電極構(gòu)建電化學(xué)傳感器,實(shí)現(xiàn)了對(duì)生化小分子多組分的同時(shí)檢測(cè)。具體研究如下:1.基于PAMAM和Au納米顆粒修飾碳納米管和還原氧化石墨烯復(fù)合納米材料同時(shí)檢測(cè)多巴胺、抗壞血酸及尿酸因?yàn)樯》肿涌箟难?AA)、多巴胺(DA)和尿酸(UA)三者在裸電極上的氧化電位接近而且氧化峰有重疊,因此進(jìn)行多組分同時(shí)檢測(cè)比較困難。本文用聚(酰胺-胺)和金納米顆粒功能化還原氧化石墨烯(RGO)和多壁碳納米管(MWCNTs)形成納米復(fù)合物(RGO-PAMAM-MWCNTs-AuNPs),利用3.5代PAMAM分子帶有大量羧基所提供結(jié)合生化小分子提供質(zhì)子基團(tuán)不同選擇性和RGO與MWCNTs復(fù)合成的碳納米材料作為載體修飾AuNPs所具有的良好的電化學(xué)催化活性,構(gòu)建電化學(xué)傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)生化小分子抗壞血酸、多巴胺和尿酸多組分同時(shí)檢測(cè)的目的。rgo-pamam-mwcnts-aunps修飾的電極對(duì)aa,da和ua的氧化有很好的選擇性,并且解決了三種分析物氧化電位相近重疊的問題,可以得到aa,da和ua的3個(gè)完全分開的氧化峰。此工作用掃面電子顯微鏡(sem)對(duì)rgo-pamam-mwcnts-aunps納米復(fù)合物進(jìn)行了形貌表征。我們還優(yōu)化了一些對(duì)電化學(xué)傳感器性能有影響的幾個(gè)重要因素,比如復(fù)合物的比率和檢測(cè)的ph條件等。在最優(yōu)條件下用差分脈沖伏安法(dpv),aa,da和ua共存下的檢測(cè)線性范圍分別是20μmol·l~(-1)~1.8μmol·l~(-1),10μmol·l~(-1)~0.32mmol·l~(-1),和1μmol·l~(-1)~0.114mmol·l~(-1),三種待測(cè)物相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)下限依次是7μmol·l~(-1),3.3μmol·l~(-1)和0.33μmol·l~(-1)(s/n=3)。2.基于氨基化pamam分子修飾鉑納米粒子在mwcnts上構(gòu)建的無酶檢測(cè)葡萄糖和同時(shí)檢測(cè)抗壞血酸、多巴胺、尿酸的多重電化學(xué)傳感器很多電化學(xué)傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多巴胺(da)、抗壞血酸(aa)、尿酸(ua)的多組分同時(shí)檢測(cè),還有一些可以進(jìn)行葡萄糖的無酶檢測(cè),但是少有一種簡(jiǎn)單的材料構(gòu)建傳感器可以實(shí)現(xiàn)這兩種目的。本文成功實(shí)現(xiàn)了用一個(gè)傳感器既可以進(jìn)行對(duì)多巴胺、抗壞血酸、尿酸的多組分同時(shí)檢測(cè),還實(shí)現(xiàn)在堿性條件下對(duì)葡萄糖無酶直接檢測(cè)。該傳感器是用聚(酰胺-胺)(pamam)將鉑納米顆粒(ptnps)固載到多壁碳納米管(mwcnts)上形成的納米復(fù)合物(mwcnts-pamam-ptnps)來構(gòu)建的。ptnps可以催化葡萄糖等生化小分子的氧化,pamam帶有的-nh2可以固載ptnps并且可以避免這些納米顆粒的團(tuán)聚,并且固載的這些金屬納米顆粒改善了pamam分子導(dǎo)電性差的缺點(diǎn)。mwcnts-pamam-ptnps修飾的電極克服了aa、da、ua電化學(xué)氧化峰重疊的問題,而且在ph13.0的磷酸鹽緩沖溶液(pbs)中可以對(duì)葡萄糖進(jìn)行無酶直接氧化法檢測(cè)。在ph4.0的pbs中用差分脈沖伏安法(dpv),傳感器在三組分共存體系中檢測(cè)抗壞血酸、多巴胺和尿酸的線性范圍分別為:10μmol·l~(-1)~1110μmol·l~(-1),4μmol·l~(-1)~228μmol·l~(-1)和1μmol·l~(-1)~97μmol·l~(-1),aa、da、ua的檢測(cè)限依次是3.33,1.33,和0.33μmol·l~(-1)(s/n=3)。此外,用循環(huán)伏安法(cv)對(duì)葡萄糖氧化進(jìn)行了考察,在0.1mol·l~(-1)pbs(ph13.0)中,傳感器對(duì)葡萄糖的在-0.51v的位置檢測(cè)范圍0.2~23.0mmol·l~(-1),葡萄糖的檢測(cè)限是0.07mmol·l~(-1)(s/n=3)。因此,此工作設(shè)計(jì)的傳感器在有選擇性地靈敏地檢測(cè)葡萄糖的氧化和對(duì)抗壞血酸、多巴胺和尿酸進(jìn)行多組分同時(shí)檢測(cè)方面具有很有前景的應(yīng)用價(jià)值。3.基于原位生成的銅納米顆粒修飾的羧基化多壁碳納米管構(gòu)建同時(shí)檢測(cè)抗壞血酸、多巴胺、尿酸的電化學(xué)傳感器一些傳統(tǒng)的生化小分子多組分同時(shí)檢測(cè)電化學(xué)傳感器多是利用貴金屬納米材料在電化學(xué)中的催化活性,但是往往都是合成制備成本較高限制了其實(shí)用前景。本工作用比較廉價(jià)的銅納米顆粒(CuNPs)修飾酸化的多壁碳納米管(MWCNTs)制備納米復(fù)合物(CuNPs@MWCNTs),代替貴金屬納米顆粒修飾碳材料,用比較低廉的成本構(gòu)建了抗壞血酸(AA)、多巴胺(DA)和尿酸(UA)多組分同時(shí)檢測(cè)的電化學(xué)傳感器。CuNPs@MWCNTs修飾的電極對(duì)AA,DA和UA的氧化有很好的識(shí)別區(qū)分性,達(dá)到而且有些性能超過貴金屬材料制備的傳感器。在pH4.0的條件下用差分脈沖伏安法(DPV)傳感器在三組分共存體系中檢測(cè)抗壞血酸、多巴胺和尿酸的線性范圍分別為:10μmol·L~(-1)~1430μmol·L~(-1),0.3μmol·L~(-1)~48.0μmol·L~(-1),0.1μmol·L~(-1)~86.7μmol·L~(-1),AA、DA、UA的檢測(cè)限依次是3.3μmol·L~(-1),0.1μmol·L~(-1),0.03μmol·L~(-1)。因此,CuNPs@MWCNTs構(gòu)建的傳感器提供了一個(gè)比貴金屬納米顆粒成本較為低廉的進(jìn)行靈敏快速有選擇性的抗壞血酸、多巴胺和尿酸多組分同時(shí)檢測(cè)的裝置,在生物科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用發(fā)展前景。
【關(guān)鍵詞】：電化學(xué)傳感器 生物小分子 納米復(fù)合物 同時(shí)檢測(cè)
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O657.1;TP212
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 電化學(xué)傳感器的概述11-12
• 1.1.1 電化學(xué)傳感器的原理11
• 1.1.2 電化學(xué)生物傳感器概述11
• 1.1.3 電化學(xué)生物傳感器的分類11-12
• 1.1.4 化學(xué)修飾電極在電化學(xué)傳感器的作用12
• 1.2 電化學(xué)方法檢測(cè)生物小分子的研究概況12-13
• 1.3 金屬納米顆粒在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用13-14
• 1.3.1 金納米顆粒在電化學(xué)傳感器中的應(yīng)用13-14
• 1.3.2 鉑納米顆粒在電化學(xué)傳感器的應(yīng)用14
• 1.3.3 銅納米顆粒在電化學(xué)傳感器的應(yīng)用14
• 1.4 本文的創(chuàng)新研究思路14-17
• 第2章 基于PAMAM和Au納米顆粒修飾碳納米管和還原氧化石墨烯復(fù)合納米材料構(gòu)建的同時(shí)檢測(cè)多巴胺、抗壞血酸及尿酸的電化學(xué)傳感器17-27
• 2.1 引言17-18
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法18-19
• 2.2.1 化學(xué)藥品18
• 2.2.2 RGO-PAMAM-MWCNTs-AuNPs復(fù)合納米材料的合成18-19
• 2.2.3 傳感器的構(gòu)建19
• 2.3 結(jié)果與討論19-26
• 2.3.1 SEM表征19
• 2.3.2 對(duì)于多組分小分子檢測(cè)相關(guān)條件的優(yōu)化19-21
• 2.3.3 不同組分的材料修飾電極對(duì)AA, DA, UA的DPV響應(yīng)21-22
• 2.3.4 對(duì)不同比率的MWCNTs, RGO, PAMAM和Au NPs的考察22-23
• 2.3.5 對(duì)抗壞血酸、多巴胺和尿酸的同時(shí)檢測(cè)23-26
• 2.4 結(jié)論26-27
• 第3章 基于氨基化PAMAM分子修飾鉑納米粒子在MWCNTs上構(gòu)建的無酶檢測(cè)葡萄糖和同時(shí)檢測(cè)抗壞血酸、多巴胺、尿酸的多重電化學(xué)傳感器27-35
• 3.1 引言27-28
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法28-29
• 3.2.1 化學(xué)試劑28
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器28
• 3.2.3 MWCNTs-PAMAM-PtNPs納米復(fù)合材料的制備28-29
• 3.2.4 傳感器的構(gòu)建29
• 3.3 結(jié)果與討論29-34
• 3.3.1 SEM和FT-IR表征29-30
• 3.3.2 檢測(cè)條件的pH優(yōu)化30-31
• 3.3.3 對(duì)抗壞血酸、多巴胺和尿酸的同時(shí)檢測(cè)31-33
• 3.3.4 傳感器對(duì)葡萄糖的電化學(xué)催化33-34
• 3.4 結(jié)論34-35
• 第4章 基于原位生成的銅納米顆粒修飾的羧基化多壁碳納米管構(gòu)建同時(shí)檢測(cè)抗壞血酸、多巴胺、尿酸的電化學(xué)傳感器35-42
• 4.1 引言35-36
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分36-37
• 4.2.1 化學(xué)試劑36
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器36
• 4.2.3 CuNPs@MWCNTs納米材料的合成36
• 4.2.4 傳感器的構(gòu)建36-37
• 4.3 結(jié)果與討論37-41
• 4.3.1 納米復(fù)合物的SEM表征37
• 4.3.2 檢測(cè)條件的pH優(yōu)化37-38
• 4.3.3 對(duì)抗壞血酸、多巴胺和尿酸的同時(shí)檢測(cè)38-39
• 4.3.4 傳感器對(duì)抗壞血酸、多巴胺和尿酸的線性考察39-41
• 4.4 結(jié)論41-42
• 參考文獻(xiàn)42-52
• 作者部分相關(guān)論文題錄52-53
• 致謝53-54

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5 陸曉軍,鞠q，

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