本文關(guān)鍵詞：納米材料的合成及其在葡萄糖傳感器上的應(yīng)用研究

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【摘要】：葡萄糖檢測(cè)在醫(yī)療診斷,食品工業(yè),生物技術(shù)等諸多領(lǐng)域都有著十分重要的應(yīng)用。設(shè)計(jì)快速、穩(wěn)定并能連續(xù)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)葡萄糖的傳感器是實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用的關(guān)鍵。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),人們發(fā)展了各種各樣的檢測(cè)葡萄糖的方法,包括熒光法,菲林試劑法,旋光法,表面等離子體共振法和電化學(xué)法。在眾多的檢測(cè)技術(shù)中,電化學(xué)法因選擇性好、靈敏度高、操作簡(jiǎn)便快速、成本低、能在復(fù)雜體系中進(jìn)行在線連續(xù)監(jiān)測(cè),且易于自動(dòng)化、微型化與集成化等特點(diǎn)而備受關(guān)注。利用高效專一的葡萄糖氧化酶作為傳感器的活性中心是設(shè)計(jì)葡萄糖電化學(xué)傳感器理想的選擇。但生物酶結(jié)構(gòu)復(fù)雜,具有各向異性,氧化還原中心深埋在肽鏈的內(nèi)部,要想在裸電極表面實(shí)現(xiàn)電子的有效轉(zhuǎn)移絕非易事。納米材料的發(fā)展為特異催化活性表面的構(gòu)建提供了更多可能,推動(dòng)了整個(gè)電化學(xué)傳感器的發(fā)展。各種各樣的納米材料用于生物識(shí)別元素的固定,在一定程度上改善了酶所處的微環(huán)境,縮短了酶的電活性中心與電極間的距離,實(shí)現(xiàn)了生物酶的直接電子轉(zhuǎn)移和傳感信號(hào)的有效放大。盡管如此,現(xiàn)有方法尚無法從根本上解決生物酶的不穩(wěn)定性和容易失活的缺陷。為克服這樣的缺點(diǎn),人們開始開發(fā)各種非酶電化學(xué)傳感。非酶型傳感器環(huán)境適應(yīng)性和穩(wěn)定性很好,但在復(fù)雜的測(cè)試體系中,其抗干擾能力很有限,需要設(shè)計(jì)具有特異催化活性的修飾電極來提高傳感器的選擇性。合成功能納米材料對(duì)發(fā)展高效葡萄糖傳感具有重要意義。本文在綜述酶和非酶?jìng)鞲衅鞯臋z測(cè)原理、發(fā)展?fàn)顩r和其優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,從提高葡萄糖傳感的綜合性能出發(fā),研究了不同納米材料和酶的固定方法對(duì)酶類型葡萄糖傳感器性能的影響;探討了磷化鈷用于非酶葡萄糖檢測(cè)的可行性。全文主要內(nèi)容如下:1、我們合成了具有不同納米結(jié)構(gòu)的氧化鎢氣凝膠、納米棒和納米顆粒,在此基礎(chǔ)上,研究了不同納米結(jié)構(gòu)對(duì)葡萄糖氧化酶的固定效果。相比之下,氧化鎢氣凝膠顯示了更好的固定效果,這得益于細(xì)長(zhǎng)的氧化鎢納米線交錯(cuò)而成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在氧化鎢氣凝膠的幫助下,葡萄糖氧化酶很好的實(shí)現(xiàn)了直接電化學(xué),可以對(duì)葡萄糖的進(jìn)行檢測(cè)。其靈敏度達(dá)到2.69×10-4 m A/mmol cm2,響應(yīng)時(shí)間約為10 s,線性范圍為0.01 m M-1.0 m M。2、用納米材料固定酶,往往是先制得材料,再將其與酶混合,這種方法是利用小尺寸納米材料具有的良好吸附性質(zhì),稱為吸附法。但由于葡萄糖氧化酶易溶于水,制備的電極在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試過程中容易變得不穩(wěn)定。因而我們采用在酶表面原位生成納米材料的方法,加強(qiáng)納米材料與酶的結(jié)合,從而更有效的固定酶。具體方法是,在葡萄糖氧化酶溶液中,加入硝酸銀,待充分吸附后,用麥芽糖將其還原成銀單質(zhì),最后得到銀/葡萄糖氧化酶的復(fù)合物,用該復(fù)合物修飾玻碳電極制成工作電極。我們也采用傳統(tǒng)的吸附法,在相同的條件下將葡萄糖氧化酶吸附在納米銀表面進(jìn)行了比對(duì)試驗(yàn),結(jié)果顯示,原位法制備的電極具有更大的檢測(cè)范圍(分別為0.014-3 mmol/L和1 mmol/L以內(nèi))、更快的響應(yīng)時(shí)間(分別為小于5 s和大于20 s)和更好的穩(wěn)定性(兩周后電流響應(yīng)分別維持在94%和72%),說明原位法固定酶的效果更佳。3、為克服酶易受環(huán)境影響的缺點(diǎn),我們也對(duì)非酶葡萄糖傳感進(jìn)行了研究。磷化鈷具有良好的催化性質(zhì),常被用于電催化產(chǎn)氫。本文中,我們合成了磷化鈷納米棒,并首次將其用于葡萄糖的非酶檢測(cè)。電化學(xué)測(cè)試表明,即便是在較低的電位,磷化鈷也對(duì)葡萄糖具有良好的檢測(cè)性能。根據(jù)對(duì)其微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)和表面元素的化合價(jià)態(tài)的綜合分析,結(jié)合電化學(xué)測(cè)試,理論計(jì)算,我們探討了磷化鈷檢測(cè)葡萄糖的可行性。
【關(guān)鍵詞】：葡萄糖傳感器 氧化鎢氣凝膠 原位固定 磷化鈷
【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7-9
• Abstract9-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 引言11
• 1.2 酶電極電化學(xué)葡萄糖傳感器11-16
• 1.2.1 葡萄糖酶?jìng)鞲衅鞯陌l(fā)展、原理及特點(diǎn)11-13
• 1.2.2 葡萄糖氧化酶固定技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)13-14
• 1.2.3 納米材料在酶葡萄糖傳感器中的作用14-16
• 1.3 非酶電化學(xué)葡萄糖傳感器16-18
• 1.3.1 非酶電化學(xué)葡萄糖傳感器的檢測(cè)原理16
• 1.3.2 非酶電化學(xué)葡萄糖傳感的優(yōu)勢(shì)及存在的問題16-17
• 1.3.3 納米材料在非酶葡萄糖生物傳感器中的作用17-18
• 1.4 選題依據(jù)及創(chuàng)新點(diǎn)18-19
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法19-23
• 2.1 主要儀器及試劑19-20
• 2.1.1 試劑19
• 2.1.2 主要儀器19-20
• 2.2 材料性質(zhì)表征20-22
• 2.2.1 X-射線粉末衍射20
• 2.2.2 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡20-21
• 2.2.3 透射電子顯微鏡21
• 2.2.4 傅里葉變換紅外光譜儀21
• 2.2.5 圓二色譜儀21-22
• 2.3 電化學(xué)性能測(cè)試22-23
• 2.3.1 工作電極的制備22
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)裝置22
• 2.3.3 性能測(cè)試22-23
• 第3章 氧化鎢氣凝膠的合成及其葡萄糖傳感應(yīng)用23-31
• 3.1 引言23-24
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分24-25
• 3.2.1 氧化鎢氣凝膠的合成24
• 3.2.2 物理表征24
• 3.2.3 電化學(xué)測(cè)試24-25
• 3.3 結(jié)果與討論25-30
• 3.3.1 不同pH值下產(chǎn)物的XRD表征25-26
• 3.3.2 氧化鎢的形貌觀察26-27
• 3.3.3 氧化鎢氣凝膠形成機(jī)制分析27-28
• 3.3.4 氧化鎢制備的修飾電極的電化學(xué)表征28-30
• 3.4 結(jié)論30-31
• 第4章 Ag@葡萄糖氧化酶的原位合成及其對(duì)葡萄糖傳感器性能的改進(jìn)31-39
• 4.1 引言31
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分31-32
• 4.2.1 材料制備31-32
• 4.2.2 材料的物理表征32
• 4.2.3 工作電極的制備32
• 4.3 結(jié)果與討論32-37
• 4.3.1 Ag和GOD復(fù)合物的形貌及元素分布32-33
• 4.3.2 紅外及圓二色譜分析33-34
• 4.3.3 原位法和非原位法制備的電極電化學(xué)性質(zhì)對(duì)比34-37
• 4.4 結(jié)論37-39
• 第5章 磷化鈷基非酶葡萄糖傳感器的可行性探討39-47
• 5.1 引言39
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分39-40
• 5.2.1 CoP納米棒的合成39-40
• 5.2.2 材料的物理表征40
• 5.2.3 電化學(xué)測(cè)試40
• 5.2.4 計(jì)算方法40
• 5.3 結(jié)果與討論40-46
• 5.3.1 樣品的XRD及XPS分析40-41
• 5.3.2 CoP的形貌觀察及電子透射高分辨成像41-42
• 5.3.3 CoP電極非酶檢測(cè)可行性分析42-46
• 5.4 結(jié)論46-47
• 第6章 總結(jié)與展望47-49
• 6.1 全文總結(jié)47
• 6.2 展望47-49
• 參考文獻(xiàn)49-59
• 致謝59-61
• 碩士在讀期間發(fā)表論文和學(xué)術(shù)交流情況61-62

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1 楊卓圓;周仕林;高明慧;歐陽磊;劉曉艷;許麗娜;;鉑基非酶葡萄糖傳感器的研究進(jìn)展[J];理化檢驗(yàn)(化學(xué)分冊(cè));2014年02期

2 蔣洪川,冉均國(guó),茍立,楊仕清;葡萄糖傳感器聚氨酯擴(kuò)散限制膜響應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究[J];分析化學(xué);2001年07期

3 冉t，

本文編號(hào)：888906