基于高分子—无机纳米粒子制备导电复合材料用于构建电化学传感器

发布时间：2018-04-17 02:30

本文选题：导电高分子 + 高分子复合材料　；参考：《兰州大学》2017年博士论文

【摘要】：将高分子与无机纳米粒子进行复合,构建的电化学生物传感器,可以结合高分子生物相容性好、稳定性高、选择性优良,和无机纳米粒子比表面积大、电化学活性强的优势,对提高传感器的性能有着巨大的意义。本论文基于高分子-无机纳米粒子制备出一系列具有优良导电性和高电化学催化活性的复合材料,进而构建出多种电化学生物传感器,用于多巴胺和葡萄糖的电化学检测。采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、循环伏安法(CV)、脉冲伏安法(DPV)、计时电流法(i-t)等对所得传感器的结构、形貌及性能进行了研究。具体研究内容及结果如下:(1)PPy/Fe_3O_4及Fe_3O_4@MOFs修饰的石墨烯复合材料用于构建多巴胺电化学传感器将对甲苯磺酸(p-TSA)掺杂的聚吡咯(PPy)纳米微球修饰在还原的氧化石墨烯纳米片(rGO)上,首先用溶剂热法制备了Fe_3O_4/rGO,之后利用吡咯单体在Fe_3O_4纳米粒子表面聚合,以p-TSA作为掺杂剂,反应得到doped-PPy/Fe_3O_4/rGO复合材料。此外,利用锌离子MOFs(ZIF-8)在Fe_3O_4/rGO表面自组装,制备得到Fe_3O_4@ZIF-8/rGO。利用它们对玻碳电极表面进行改性,得到两种新型的多巴胺电化学生物传感器,doped-PPy/Fe_3O_4/rGO/GCE对多巴胺检测的线性范围为7×10-9~2×10~(-6) M,检出限为2.33×10-9 M(S/N=3);Fe_3O_4@ZIF-8/rGO/GCE对多巴胺检测的线性范围为2.0×10-9~1.0×10~(-5),检出限为6.67×10-10 M(S/N=3)。它们同样对多巴胺有良好的选择性,可以在抗坏血酸和尿酸的存在下进行实验,在实际样品中也有良好的检测性和可靠性。(2)Fe_3O_4/PPy@MOFs纳米复合材料用于构建葡萄糖电化学传感器在酸性条件下,利用吡咯单体在Fe_3O_4纳米粒子表面聚合,得到Fe_3O_4/PPy磁性纳米复合粒子,再将MOFs(ZIF-8)通过自组装作用结合在PPy表面,得到一种具有大的比表面积和良好导电性的磁性纳米复合材料,Fe_3O_4/PPy@ZIF-8。得益于MOFs优异的比表面积和孔体积,可以将葡萄糖氧化酶(GOx)高效的固定在该复合材料上,用于构建葡萄糖电化学生物传感器。改性电极后,得到的GOx/Fe_3O_4/PPy@ZIF-8/GCE传感器对葡萄糖有着非常灵敏的电化学响应性,有着宽的检测线性范围(1×10~(-6)~2×10~(-3) M)和低的检出限(0.33×10~(-6) M),也可对实际样品中的葡萄糖进行检测。(3)聚多巴胺/MOFs复合微囊用于构建葡萄糖电化学传感器利用模拟酶ZIF-8与葡萄糖氧化酶(GOx)组成的多酶体系构建新型葡萄糖电化学生物传感器。以CaCO3微球为模版制备的聚多巴胺(PDA)/ZIF-8生物微囊,既可以作为高效无毒的载体固定化GOx,也因ZIF-8而具有过氧化氢模拟酶的性质。将rGO结合在PDA/ZIF-8生物微囊上以加快电子在微囊与电极之间的传递速度。改性电极后,得到的GOx/PDA/ZIF-8@rGO/GCE传感器对葡萄糖有着优异的检测性能,检测的线性范围有两段,分别为1×10~(-6)~1.2×10~(-3) M和1.2×10~(-3)~3.6×10~(-3) M。此外,复合微囊对固定的葡萄糖氧化酶有很好的保护作用,增加了该传感器的稳定性和重复使用性能,对实际样品中葡萄糖的检测结果也较为准确。(4)电沉积Mn_2O_3/Ni(OH)_2修饰SPI/rGO膜用于构建葡萄糖电化学传感器在磺化聚酰亚胺/石墨烯(SPI/rGO)复合膜上,电沉积Mn_2O_3/Ni(OH)_2合金纳米复合材料,得到无酶的葡萄糖电化学传感器,SPI/rGO-Mn_2O_3/Ni(OH)_2。首先,使用脉冲-可逆电位法,将Mn_2O_3纳米棒电沉积在SPI/rGO复合膜上,再将Ni(OH)_2纳米粒子也电沉积在膜表面,得到SPI/rGO-Mn_2O_3/Ni(OH)_2。得益于Mn_2O_3/Ni(OH)_2高效的电化学催化活性和SPI/rGO复合膜优良的导电性和电子传递能力,制备得到的无酶葡萄糖电化学传感器有着优异的检测性能。加之高分子复合膜出色的稳定性,增加了传感器的重复使用性能,长期存放后,依然对葡萄糖溶液可进行准确检测。
[Abstract]:The structure , morphology and properties of the sensor were studied by means of TEM , SEM , FTIR , DPV and i - t . The results were as follows : ( 1 ) PPy / Fe _ 3O _ 4 and Fe _ 3O _ 4 @ MOFs modified graphene composite materials were used to prepare Fe _ 3O _ 4 / Fe _ 3O _ 4 / rGO composites . The detection limit was 2.33 脳 10 - 9 M ( S / N = 3 ) . The detection limit was 6.67 脳 10 - 10 M ( S / N = 3 ) .

【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB332;TM53

【参考文献】