基于碳布上生長(zhǎng)氧化物納米結(jié)構(gòu)的柔性無(wú)酶生物傳感器研究.pdf

1、碳纖維布是一種“外柔內(nèi)剛”的新型碳纖維材料，具有纖維固有的柔軟性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、高導(dǎo)電性和三維的多孔道結(jié)構(gòu)。憑借固有的物理化學(xué)性質(zhì)，碳纖維布在多方面領(lǐng)域被廣泛使用，比如，鋰離子電池、傳感器和超級(jí)電容器等，它可直接制備成獨(dú)立電極。由于高比表面積的納米結(jié)構(gòu)陣列和多孔通道的碳纖維布的協(xié)同作用，對(duì)于電化學(xué)性能測(cè)試中的穩(wěn)定性和電子傳輸能力有很大的提高。因此，本文在碳布表面上直接生長(zhǎng)氧化物納米結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)建了新型柔性的無(wú)酶電化學(xué)生物傳感器，這也為臨

2、床診斷、食品安全檢測(cè)、環(huán)境污染物檢測(cè)等的復(fù)雜環(huán)境難題提供了一個(gè)科學(xué)方法。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①利用水熱法在100℃低溫條件下，首次在碳纖維表面上直接合成CuO納米花陣列(CuO/CFF)，其形貌、尺寸、成分和結(jié)構(gòu)通過(guò)FESEM、EDS和XRD等表征手段測(cè)試出來(lái)結(jié)果證明：碳纖維表面被CuO納米花陣列包裹著，且CuO納米花是由直徑約為10 nm的CuO納米棒聚集而成的。將CuO/CFF復(fù)合材料直接制備成柔性電極，無(wú)需粘合劑固定，

3、并用此電極通過(guò)電化學(xué)方法（循環(huán)伏安法和恒電位安培法）來(lái)檢測(cè)葡萄糖濃度。結(jié)果證明：CuO納米花陣列對(duì)葡萄糖直接氧化具有良好的電催化性能，在葡萄糖濃度為0.3μM~0.96 mM范圍內(nèi)，其靈敏度為6476.0μA mM-1 cm-2，這主要?dú)w因于氧化銅納米花陣列與碳纖維的協(xié)同作用。并且，這種新型柔性無(wú)酶葡萄糖傳感器具有良好的穩(wěn)定性和選擇性。這為基于碳布電極的新型柔性無(wú)酶生物傳感器的構(gòu)建提供一種簡(jiǎn)單的方法。②以KMnO4為原料，利用水熱法在1

4、60℃低溫條件下，先在碳纖維表面生長(zhǎng)MnOOH納米棒陣列，再經(jīng)過(guò)300℃退火2 h，成功在碳布表面上直接生長(zhǎng)MnO2納米棒陣列(MnO2/CFF)。通過(guò)XRD表征可以知道，單斜晶系的MnOOH納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為正方晶系的MnO2納米結(jié)構(gòu)；通過(guò)FESEM和TEM表征手段，結(jié)果表明，碳纖維表面被MnO2納米棒陣列包裹著，且MnO2納米棒直徑為30-100 nm，長(zhǎng)度為5-10μm。將MnO2/CFF復(fù)合材料直接制備成柔性電極，再借助恒電位安培法

5、和循環(huán)伏安法等電化學(xué)測(cè)試來(lái)探測(cè)葡萄糖的含量。結(jié)果證明：MnO2納米棒陣列對(duì)葡萄糖直接氧化具有良好的電催化性能，在葡萄糖濃度為2.5μM~3.96 mM范圍內(nèi)，其靈敏度為1650.6μA mM-1 cm-2，并且具有良好的穩(wěn)定性和選擇性。這為基于碳布電極的新型柔性無(wú)酶生物傳感器的構(gòu)建提供一種簡(jiǎn)單的新方法。③利用水熱法在160℃低溫條件下，首次在碳纖維表面上直接生長(zhǎng)MnOOH納米棒陣列(MnOOH/CFF)。FESEM和TEM測(cè)試表明，碳纖

6、維表面均勻生長(zhǎng)著MnOOH納米棒陣列，且MnOOH納米棒的直徑為100-200 nm，長(zhǎng)度為5-10μm。將MnOOH/CFF復(fù)合材料直接制備成柔性電極，并用循環(huán)伏安法和恒電位安培法等電化學(xué)方法來(lái)檢測(cè)H2O2濃度。結(jié)果證明：MnOOH納米棒陣列對(duì)H2O2直接還原具有良好的電催化性能，在H2O2濃度為0.02 mM~9.67 mM范圍內(nèi)，其靈敏度為692.42μA mM-1 cm-2，這主要?dú)w因于MnOOH納米棒陣列與碳纖維的協(xié)同作用。而