新型納米線陣列及碳納米管復(fù)合體系的電化學(xué)生物傳感器研究.pdf

1、生物傳感器具有選擇性好、靈敏度高、分析速度快、成本低、能在復(fù)雜體系中進(jìn)行在線連續(xù)監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)，在化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、食品、醫(yī)藥和軍事等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值。而現(xiàn)代化學(xué)、生物學(xué)、納米材料科學(xué)及現(xiàn)代微電子學(xué)的交叉和發(fā)展，已使生物傳感器成為當(dāng)代研究最活潑的領(lǐng)域之一。納米結(jié)構(gòu)的材料具有獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)和催化特性及良好的生物相容性。近年來，納米材料在電子設(shè)備和納米傳感器等許多領(lǐng)域得到廣泛研究與應(yīng)用。將納米材料應(yīng)用于生物傳感器的制備可以較大提高

2、傳感器的響應(yīng)性能。本文制備了多種不同形貌的納米材料，并將這些納米材料組裝到電極表面用于生物傳感界面的構(gòu)建。所設(shè)計制備的葡萄糖、過氧化氫、膽堿、牛胰島素等生物傳感器可在低電位下具有較高的靈敏度、較低的檢測下限以及快的響應(yīng)速度，并能很好的應(yīng)用于實際樣品的檢測。具體內(nèi)容如下： (1)采用模板法合成多種納米線及納米線陣列。納米結(jié)構(gòu)大的比表面積能顯著提高酶的負(fù)載量，同時為固定酶提供了很好的微環(huán)境。利用多孔陽極氧化鋁模板通過恒電位沉積的方法

3、合成鉑納米線，將其與多壁碳納米管一起分散于殼聚糖溶液中，形成一種有機(jī)．無機(jī)復(fù)合體系。該復(fù)合體系可利用鉑納米線和碳納米管之間的協(xié)同作用促進(jìn)電子傳遞過程，從而提高電化學(xué)傳感器的性能。將葡萄糖氧化酶通過戊二醛共價交聯(lián)到電極表面，制備了葡萄糖傳感器，此傳感器在-0.1V的電壓下，可實現(xiàn)對葡萄糖的無干擾檢測，并有較快的響應(yīng)速度、較寬的響應(yīng)范圍及良好的重現(xiàn)性與穩(wěn)定性(第2章)。利用多孔陽極氧化鋁模板，以循環(huán)伏安電沉積法合成了聚中性紅納米線，并以電化

4、學(xué)共聚包埋法固定辣根過氧化酶。聚中性紅納米線具有很好的電子傳遞效率，促進(jìn)了辣根過氧化酶和玻碳電極之間的電子傳遞。修飾電極在-0.1V下對過氧化氫有較寬的線性響應(yīng)范圍，靈敏度為318μAmM-1cm-2(第3章)。將垂直排列的納米線陣列作為傳感器件，能保證酶和底物之間有盡可能大的接觸面積，提高了生物傳感器的響應(yīng)性能。將聚碳酸酯模板固定在電極上，用電沉積法制備普魯士藍(lán)納米線陣列。普魯士藍(lán)納米線陣列修飾的玻碳電極在-0.1V下對過氧化氫有靈敏

5、響應(yīng)。將葡萄糖氧化酶交聯(lián)到納米線陣列上，得到的葡萄糖傳感器有較高的靈敏度，較寬的線性范圍，并可實現(xiàn)對葡萄糖的無干擾檢測(第4章)。 (2)碳納米管具有大的比表面積、良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及優(yōu)良的電子傳遞能力，是一種理想的電極修飾材料。特別是用表面修飾上羧基等功能團(tuán)的碳納米管作為電極材料，其優(yōu)良的導(dǎo)電性能和小尺寸效應(yīng)能很好地促進(jìn)電活性分子的電子傳遞，在響應(yīng)速率和可逆性等方面，其性能明顯優(yōu)于其他碳電極。將苯胺電聚合形成導(dǎo)電聚合物膜，用濃

6、硫酸和硝酸的混合溶液處理多壁碳納米管使其被氧化而帶羧基。利用層層組裝技術(shù)，將多壁碳納米管和聚苯胺多層膜在玻碳電極上交替組裝。聚苯胺的保護(hù)作用有利于增加納米管在電極上的固定量，具有良好的抗干擾能力和導(dǎo)電能力，這有利于降低過氧化氫的過電位提高催化能力。在修飾電極上固定膽堿氧化酶，構(gòu)建了性能優(yōu)良的膽堿生物傳感器，該傳感器對膽堿有較快的響應(yīng)，較寬的線性范圍，并具有較好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性(第5章)。合成了電活性納米材料，將它同碳納米管結(jié)合起來修飾到

7、電極表面，利用了兩種納米材料電催化性能的協(xié)同作用來提高電極的催化性能。用乙二胺四乙酸作穩(wěn)定劑合成了具有一致形貌和尺寸的鐵氰化鈷納米顆粒。用碳納米管和鐵氰化鈷納米顆粒共同修飾玻碳電極，構(gòu)建了高靈敏的胰島素安培型生物傳感器。該傳感器表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，有望用于人體內(nèi)胰島素的測定(第6章)。利用層層組裝技術(shù)，在電極表面交替組裝多壁碳納米管和聚中性紅多層膜。聚中性紅是良好的電子媒介體，多壁碳納米管/聚中性紅多層膜體系展示了多壁碳納米管和聚中性紅

8、之間的協(xié)同作用，即由于碳納米管和聚中性紅具有優(yōu)良的電子轉(zhuǎn)移能力使復(fù)合體系的氧化還原能力較單組分有顯著改善。多層膜修飾的玻碳電極在低電位下對過氧化氫有靈敏快速的響應(yīng)，響應(yīng)信號比多壁碳納米管修飾電極放大3倍，比聚中性紅修飾電極放大9倍。(第7章)。制備了含有鉑納米顆粒的殼聚糖和正硅酸四乙酯溶膠．凝膠溶液，并將多壁碳納米管分散于制備的殼聚糖和正硅酸四乙酯溶膠．凝膠混合物體系。用多壁碳納米管和鉑納米顆粒復(fù)合膜修飾的玻碳電極對過氧化氫有靈敏的電化