纳米复合材料构建电化学生物传感器的研究

发布时间：2017-11-16 20:00

  本文关键词：纳米复合材料构建电化学生物传感器的研究

  更多相关文章： 普鲁士蓝 四氧化三钴 氧化亚铜 氢氧化镍 聚多巴胺 纳米复合材料 电化学生物传感器

【摘要】：电化学生物分析技术是将微电子技术、材料技术、生物技术、纳米技术等结合起来而发展起来的新兴技术。电化学生物传感器由于其生物特异性已在肿瘤标志物、葡萄糖、过氧化氢等领域的研究中广泛应用。和其他分析技术如酶联免疫法、单一径向扩散试验分析等相比,电化学生物传感器具有灵敏度高、成本低、分析速度快和制备过程简单等优点。在过去几年里,新型纳米复合材料由于其独特的物理和化学性质而在催化和电催化领域受到越来越多的关注。这主要是由于纳米复合材料具有较高的比表面积和优异的生物相容性。近年来,随着电化学生物传感器技术的发展,更加高效的纳米材料的发掘和如何将这些小分子的材料稳定地固定于电极表面已成为高灵敏度、高稳定性生物传感器研制过程中的两个重要问题。本文利用新型纳米材料:纳米普鲁士蓝、纳米四氧化三钴、纳米氧化亚铜和氢氧化镍结合易成膜材料多巴胺等构建一系列稳定的纳米复合材料用于电化学生物传感器的研究。实验采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、红外色谱(FT-IR)等对纳米复合材料的制备过程进行表征,采用电化学技术对传感器组装过程和性能进行表征。具体实验内容如下:(1)本实验首先在纳米金表面原位沉积普鲁士蓝,然后在核壳结构纳米金-普鲁士蓝的表面包覆一层易氧化聚合的多巴胺保护膜,利用多巴胺聚合表面残留的大量氨基和羟基进一步将纳米铂粒子修饰于聚多巴胺膜表面制得普鲁士蓝-聚多巴胺-纳米铂多层纳米复合材料。将此复合材料修饰于金电极表面,协同使用辣根过氧化物酶用于H_2O_2浓度的分析检测。结果表明:聚多巴胺的引入有效增加了普鲁士蓝的稳定性、纳米铂的负载量和后续辣根过氧化物酶的生物活性;由于普鲁士蓝、纳米铂和辣根过氧化物酶对H_2O_2的协同催化作用,酶功能化纳米复合材料修饰电极对H_2O_2表现出良好的电还原活性。优化条件下,对H_2O_2的检测范围为2.0×10~(-7)~1.0×10~(-3) mol L~(-1)。(2)基于水热法合成了形貌均一的纳米Co_3O_4,利用其强催化性能将其连同纳米Pt和辣根过氧化物酶(HRP)层层修饰于金电极表面,最终构建出对H_2O_2具有三重催化作用的新型纳米复合材料Co_3O_4-Pt-HRP修饰电极,并将其应用于对H_2O_2的浓度检测。实验发现纳米Co_3O_4与纳米Pt的催化作用相互协同,并且纳米Pt较大的比表面积和优良的生物相容性增加了后续辣根过氧化物酶的负载量与生物催化活性,从而提高了传感器的灵敏度。在优化条件下,对H_2O_2浓度的检测范围为2.0μmol L~(-1)~7.1 mmol L~(-1),检出限为0.9μmol L~(-1)。(3)利用多巴胺自聚合特点,将菱形十二面体Cu_2O纳米粒子包覆并功能化,置于氯金酸溶液中还原沉积纳米金,制备氧化亚铜/聚多巴胺/纳米金(Cu_2O-PDA-Au)纳米复合材料,构建灵敏度高、稳定性好的无标记电流型甲胎蛋白免疫传感器。通过FT-IR、XRD和TEM对该纳米复合材料进行表征,采用循环伏安分析(CV)和交流阻抗分析(EIS)考察修饰电极的电化学特性。菱形十二面体Cu_2O较传统纳米Cu_2O具有更好电荷转移能力和催化活性。聚多巴胺包覆层表面的氨基和羟基为该纳米复合材料修饰蛋白提供了很好的微环境;纳米金大的比表面积及良好的生物相容性,能够增加蛋白固载数量且保持蛋白活性,加快电子传输,进而增强免疫传感器的灵敏度。在优化条件下,免疫传感器的检测范围为0.01~80 ng m L~(-1),检出限为0.007 ng m L~(-1)。(4)采用层层组装的方法成功制备了GE/Ni(OH)2-PDA-Pt修饰电极,并将该修饰电极用于过氧化氢浓度的检测。在优化条件下,对H_2O_2浓度的检测范围为0.002 mol L~(-1)~0.1 mol L~(-1),检出限为0.001 mol L~(-1)。实验发现,基于氢氧化镍在碱性条件下高效的电催化活性以及聚多巴胺的引入有效增加了纳米铂粒子的负载量从而增强了电极表面的导电性,增大了反应接触面积,提高了传感器的检测性能。此外,该H_2O_2传感器成本低廉,制备过程简单,稳定性强。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TP212.3

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