基于新型碳材料構(gòu)建高性能光電化學(xué)適配體傳感器用于抗生素檢測研究.pdf

1、光電化學(xué)傳感是基于光電轉(zhuǎn)換而發(fā)展起來的一種新型分析方法，因具有裝置簡單、價格便宜及靈敏度高等優(yōu)勢，而被廣泛用于各種物質(zhì)的分析檢測。光電化學(xué)核酸適配體傳感器是以適配體為特異性識別元素所構(gòu)建的具有高選擇性的光電化學(xué)傳感器，其中光電活性材料是傳感器核心組成部件，其光電轉(zhuǎn)換效率對傳感器的響應(yīng)性能有很大的影響，因此，開發(fā)具有高光電轉(zhuǎn)換效率的光電活性材料是發(fā)展此類高性能傳感器的有效途徑之一。另一方面，抗生素濫用問題日益嚴(yán)峻：抗生素濫用不僅導(dǎo)致其對水

2、體及土壤產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，例如破壞生態(tài)系統(tǒng)及產(chǎn)生“超級細(xì)菌”；而且，其對人體也產(chǎn)生各種危害，如使人體產(chǎn)生耐藥性、損害人體器官和產(chǎn)生各種過敏反應(yīng)或變態(tài)反應(yīng)等。因此，發(fā)展快速、準(zhǔn)確的抗生素殘留物檢測方法具有重要的意義。本論文在開發(fā)幾種具有高光電活性碳材料基礎(chǔ)上，結(jié)合核酸適配體，發(fā)展了多種高性能的光電化學(xué)核酸適配體傳感器，用于抗生素的高靈敏度、高選擇性檢測，主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）研制在水中有良好分散性的石墨相氮化碳（w-g-C3N

3、4）和氧化石墨烯（GO）的復(fù)合材料作為可見光光電活性材料，以與卡拉霉素具有特異性作用的適配體為識別元件，構(gòu)建了一種用于檢測卡拉霉素的新型光電化學(xué)適配體傳感器。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，適量的GO摻雜能有效地提升w-g-C3N4的可見光光電流響應(yīng)，有利于構(gòu)建高靈敏光電化學(xué)傳感器；而且，GO/w-g-C3N4擁有大的比表面積和π-共軛結(jié)構(gòu)，可與適配體通過π-π堆砌作用與其結(jié)合固定在傳感器表面，為適配體的固定提供了優(yōu)異的平臺；當(dāng)待測液中有卡拉霉素時，傳感

4、器上的適配體可捕獲卡拉霉素分子，使光電流得到提升，在優(yōu)化條件下，傳感器的光響應(yīng)電流與卡拉霉素濃度在1 nM~230 nM范圍為存在線性關(guān)系，檢測限為0.2 nM；此外，該傳感器具有很高的選擇性、良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。這些研究結(jié)果表明，GO/w-g-C3N4復(fù)合材料與適配體組合可成功地用于構(gòu)建高性能光電化學(xué)適配體傳感器。
　?。?）用一步水熱法制備氮摻雜石墨烯量子點(diǎn)（N-GQDs）作為傳感器的核心光電轉(zhuǎn)換材料，利用無標(biāo)記的核酸適配體

5、作為生物識別元件，構(gòu)建用于檢測氯霉素的光電化學(xué)適配體傳感器。透射電鏡表征顯示，所制備的N-GQDs以2.14 nm平均粒徑窄尺寸分布；X射線光電子能譜儀和紅外光譜分析表明氮原子已成功地?fù)诫s進(jìn)了GQDs；紫外-可見吸收光譜測試結(jié)果表明，氮摻雜能顯著提升GQDs在可見光區(qū)的吸收，從而有效地提升了GQDs的光電活性；另一方面，N-GQDs的π-共軛結(jié)構(gòu)可通過π-π堆砌作用與適配體固定結(jié)合?；谶@種適配體與N-GQDs構(gòu)建的傳感器對不同濃度的氯

6、霉素有良好的光電響應(yīng)性能，線性響應(yīng)范圍為10 nM~250 nM，檢測限為3.1 nM。而且，傳感器具有高靈敏度、高選擇性的特點(diǎn)，已成功地應(yīng)用于實(shí)際樣品中氯霉素的檢測。
　?。?）制備了g-C3N4與CdS量子點(diǎn)（CdS QDs）的復(fù)合光電材料，用于構(gòu)建四環(huán)素檢測的光電化學(xué)適配體傳感器。對于所研制的g-C3N4-CdS QDs復(fù)合材料，表面形貌觀察表明，平均尺寸約4 nm的CdS QDs以緊密接觸方式分布在g-C3N4表面上；紫外

7、-可見漫反射光譜顯示，g-C3N4在可見光區(qū)的吸收因CdS QDs的耦合而顯著增強(qiáng)；與單組分光電材料相比，g-C3N4-CdS QDs復(fù)合材料具有較高的光電化學(xué)活性。將此g-C3N4-CdS QDs復(fù)合材料用作傳感器組件，并在其上固定適配體作生物識別元件，構(gòu)建了一種用于四環(huán)素檢測的可見光驅(qū)動的光電化學(xué)適配體傳感器，對四環(huán)素的線性響應(yīng)范圍為10 nM~250 nM，檢測限為5.3 nM。本研究成功地證實(shí)，經(jīng)CdS QDs敏化后的g-C3N