新型納米材料的合成及其應(yīng)用于葡萄生物傳感器的研究.pdf

1、葡萄糖是動(dòng)植物體內(nèi)碳水化合物的主要組成部分，人體內(nèi)血糖的檢測(cè)，對(duì)于評(píng)估人們的健康狀況，特別是對(duì)糖尿病人的臨床診斷和治療方法評(píng)價(jià)等有著至關(guān)重要的意義。糖尿病是一種多病因的代謝類疾病，是由于體內(nèi)胰島素不足和靶細(xì)胞對(duì)胰島素敏感性降低、或者胰島素本身存在結(jié)構(gòu)缺陷而引起碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)代謝紊亂的癥狀，其主要表現(xiàn)是高血糖、糖尿。隨著人們生活水平的提高和老年人口的增加，糖尿病發(fā)病率呈上升趨勢(shì)，我國(guó)的糖尿病患者已超過三千萬人，而世界衛(wèi)生組織預(yù)計(jì)

2、到2025年全世界糖尿病患者將達(dá)到3億。目前對(duì)糖尿病的治療手段主要是通過頻繁檢測(cè)血糖濃度及注射胰島素實(shí)現(xiàn)對(duì)血糖濃度的緊密控制。醫(yī)院臨床診斷一般都采用有創(chuàng)血糖檢測(cè)方法，但由于此方法需要采血，存在測(cè)量頻率受限、易造成患者不適和感染及費(fèi)用較高等諸多問題，無法滿足實(shí)時(shí)和連續(xù)檢測(cè)的需要。因此建立無創(chuàng)血糖檢測(cè)的新方法具有十分重要的意義。
　　 生物傳感器因其準(zhǔn)確、靈敏、快速等優(yōu)點(diǎn)，在化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、食品和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，已成

3、為當(dāng)代最活潑的研究領(lǐng)域之一。葡萄糖電化學(xué)生物傳感器的工作原理是基于對(duì)固定在特定載體上的葡萄糖氧化酶(GlucoseOxidase，GOD)催化氧化葡萄糖時(shí)產(chǎn)生的過氧化氫電流的檢測(cè)。納米材料具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，因此能夠顯示出獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)及良好的催化活性和生物兼容性，近年來被廣泛應(yīng)用于生物傳感器的構(gòu)造和生物芯片的開發(fā)等。基于納米材料修飾的電化學(xué)生物傳感器表現(xiàn)出較好的性能，如較大的電流響應(yīng)、較高的靈敏

4、度和較低的檢測(cè)限，能夠滿足無創(chuàng)血糖檢測(cè)的需要，在血糖的無創(chuàng)檢測(cè)方面具有極大的應(yīng)用前景。
　　 本論文利用水熱法合成了樹葉狀CuO納米材料、ZnO/Au復(fù)合納米材料和納米WO3，并將其應(yīng)用于葡萄糖生物傳感器的研究與應(yīng)用。通過掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X-射線衍射光譜、電子衍射光譜和紫外可見分光光度法對(duì)合成的納米材料形貌和組成進(jìn)行表征，利用循環(huán)伏安法、交流阻抗法、安培檢測(cè)法等對(duì)葡萄糖的含量進(jìn)行了檢測(cè)和分析。在本論文中，葡萄糖生

5、物傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性都得到了很大提高，檢測(cè)限低?；诿概c電極間直接電子傳遞的電流型生物傳感器能夠簡(jiǎn)單直接地獲取信號(hào)，本論文對(duì)GOD與納米材料間的直接電子傳遞行為進(jìn)行了考察，探討了納米材料對(duì)GOD直接電子傳遞行為的影響，并對(duì)葡萄糖氧化酶/納米WO3修飾的玻碳電極(GCE/WO3/GOD)檢測(cè)葡萄糖的機(jī)理進(jìn)行了討論。本論文共分為四章：
　　 第一章緒論
　　 本章內(nèi)容主要包括無創(chuàng)血糖檢測(cè)方法的研究意義、血糖檢測(cè)技術(shù)的研究

6、現(xiàn)狀、葡萄糖生物傳感器的發(fā)展、納米材料的性能和制備方法及其在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用。文中簡(jiǎn)要地介紹了無創(chuàng)血糖檢測(cè)方法的研究意義；概括了現(xiàn)有的血糖檢測(cè)方法的機(jī)理；對(duì)葡萄糖生物傳感器的研究進(jìn)展做了較為詳細(xì)的概括，同時(shí)對(duì)納米材料的性質(zhì)與制備方法及其在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的綜述。
　　 第二章樹葉狀CuO納米材料修飾電極對(duì)葡萄糖的快速安培檢測(cè)
　　 本章利用水熱合成法制備了樹葉狀CuO納米粒子，利用其增強(qiáng)酶活性中

7、心與電極之間電子傳遞并催化氧化葡萄糖檢測(cè)的中間產(chǎn)物H2O2，以構(gòu)造葡萄糖電化學(xué)生物傳感器。這種由水熱法單步合成的樹葉狀CuO納米顆粒，用X射線衍射(XRD)，掃描電子顯微鏡鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行表征以研究其形貌和尺寸。在實(shí)驗(yàn)中我們考察了工作電位和pH值對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，選擇了最佳實(shí)驗(yàn)條件。用此方法制備的葡萄糖生物傳感器在對(duì)葡萄糖的檢測(cè)中展示了優(yōu)良的性能，具有較寬的線性范圍(1.0-170μM)、較短的檢測(cè)時(shí)間(5 s

8、)、低檢測(cè)限(0.91μM)、高靈敏度(246μA/mM/cm2)和良好的穩(wěn)定性。利用該樹葉狀CuO納米材料構(gòu)造的葡萄糖生物傳感器具有制備過程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，在葡萄糖的臨床檢測(cè)方面具有良好的應(yīng)用前景。
　　 第三章 ZnO/Au復(fù)合材料的合成、性能表征及其應(yīng)用于葡萄糖的檢測(cè)研究
　　 本章采用水熱合成的方法制備了氧化鋅納米棒，結(jié)合金納米粒子合成了氧化鋅/金(ZnO/Au)納米復(fù)合材料，并且將其應(yīng)用于制備葡萄糖生物傳感器對(duì)葡萄

9、糖進(jìn)行檢測(cè)。通過透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、紫外可見吸收光譜(UV-vis)和X射線衍射(XRD)對(duì)合成的ZnO/Au復(fù)合材料的形貌和組成進(jìn)行表征。由于小尺寸的金納米粒子負(fù)載于ZnO表面，大大加速了電子傳遞的速率，ZnO/Au修飾的葡萄糖生物傳感器對(duì)葡萄糖的檢測(cè)顯示出更好的電化學(xué)性能，對(duì)于低濃度的葡萄糖的檢測(cè)具有檢測(cè)限低(10 nM)，線性范圍寬(0.1μM-33.0μM，R2=0.9924)，響應(yīng)速度快(<5

10、s)，重現(xiàn)性好，生物兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。
　　 第四章 GCE/WO3/GOD/Nafion電極對(duì)葡萄糖的電催化響應(yīng)
　　 本章采用水熱合成的方法制備了WO3納米材料，并通過透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、紫外可見吸收光譜(UV-vis)和X射線衍射(XRD)對(duì)其形貌和組成進(jìn)行了表征。用吸附法將GOD吸附在WO3上，并用全氟磺酸樹脂(Nafion)加固，將其應(yīng)用于GOD固定和對(duì)葡萄糖的電化學(xué)檢測(cè)。研究結(jié)果