MOF衍生过渡金属—碳基复合材料的构建及其对生物小分子的电化学检测研究
发布时间：2020-07-14 16:12
【摘要】：生物小分子在体内的浓度一旦失常,便会导致一些疾病。所以针对生物小分子的检测对于人类的健康是很有意义的。与其他检测技术相比,电化学方法具有响应快速、低消耗、操作步骤简单和灵敏度较高等优点,已经在很多方向的检测备受关注。本论文设计并成功的构建了三种由金属有机框架(MOF)衍生的纳米多孔碳基金属复合材料Ni@CHS/rGO、Mo_xC@C和WO_2/W@CSPs,并将其用于修饰电极材料,实现了对生物小分子抗坏血酸(AA)、尿酸(UA)、多巴胺(DA)、鸟嘌呤(G)、腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)的检测分析。本论文主要开展的内容如下:设计合成了杨梅状的空心多孔Ni@CHS纳米球和还原石墨烯(rGO)复合材料Ni@CHS/rGO(通过一步水热和煅烧的过程)作为一种传感材料可对AA、DA和UA三种目标分子进行同时灵敏的检测。Ni@CHS材料中Ni的均匀分散和石墨烯框架的存在使其具有较好的导电性,可以加快电子的转移速度,并且空心结构可以加快摄取和释放电解质溶液,除此之外,rGO的存在也增加了对目标物的吸附能力。将Ni@CHS/rGO用于修饰电极材料展示了很好的电催化活性对于电氧化三种分析物。为了探讨其电子转移过程和机制,对不同pH和扫速做了研究和探讨。对于检测三种目标物,Ni@CHS/rGO传感器被证明可以同时灵敏的在较宽的线性范围内定量分析且具有低的检测限。证明了该传感器具有高的灵敏度、好的稳定性和抗干扰能力。建立Ni@CHS/rGO/GCE传感器并成功应用于尿样和维生素C片实际样中对三种分析物的同时检测分析,得到满意的回收率,证明其可进行实际应用。合成了分级多孔的Mo_xC@C纳米球复合物,建立了Mo_x C@C/GCE对于A和G的同时灵敏的检测方法。Mo_xC@C通过将Mo引入Cu-MOF中作为共同的前驱体,在经过一步煅烧和去除Cu的过程而合成。实现了Mo_xC@C复合物丰富多孔的结构,加大了与分析物的接触面积,也极大地暴露了活性位点。同时高导电性的Mo_xC纳米粒子均匀的分散在碳框架中也加快了电子的转移速度。Mo_xC@C纳米球修饰电极展示了很好的电活性对于氧化G和A两种分析物,使两峰电位之差为350 mV。pH和扫速分别对电极表面的电子转移过程和反应机制进行了研究。3D Mo_xC@C分级多孔的结构展示了很好的灵敏性和选择性,得到了较宽的线性范围和低的检出限。将Mo_xC@C/GCE用于血浆和尿液的实际分析时,有很好的抗干扰能力和较好的稳定性,试验证明Mo_xC@C传感器可以进行实际应用。合成了3D多孔的WO_2/W@CSPs纳米球复合材料,设计了WO_2/W@CSPs/GCE生物传感器,建立了同时灵敏的检测T和C的电化学方法。WO_2/W@CSPs复合材料所具有的高的孔隙度减小了电子的转移路径,增加了电子的转移效率,并且WO_2/W纳米粒子的存在,使WO_2/W@CSPs复合物具有丰富的活性位点,提高了其催化活性。实验对于两目标物的电化学行为和反应机制进行了分析。WO_2/W@CSPs/GCE传感器用于痕量的分析T和C时,展现了较宽的线性范围和较高的灵敏度。经过对实际样中可能存在的干扰物质进行考察后,证明了WO_2/W@CSPs/GCE传感器可以成功的应用于血浆和尿样的实际分析中。
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.1;TB33
【图文】：
得到的产物在离心、水洗、醇洗之后，在 80 ℃下进行干燥，得到Ni-MOF/rGO。将得到的 Ni-MOF/rGO 放入管式炉中，在通入氮气的环境中 700 ℃保持 3 h，升温速率为 5 ℃min-1，得到黑色的 Ni@CHS/rGO。2.2.4 Ni@CHS/rGO/GCE 的制备在使用之前先将玻碳电极进行抛光预处理，然后再在水醇混合溶液中超声 3min，自然风干。将 Ni@CHS/rGO(6 mg)分散在 2 mL DMF 中，对其分散液进行超声数分钟。将 8 μL Ni@CHS/rGO 分散液用移液枪滴到准备好的电极上烘干。为了对比，Ni@CHS/GCE 和 rGO/GCE 电极使用同样的方法制备。电极制备过程以及检测过程如图 2-1 所示。
藏在低温环境中。使用前，将其用高速离心机去除沉淀物质，用 PBS 缓冲液将尿样稀释到 200 倍。维生素 C 片购买自当地的药店，同样用 PBS 稀释(维生素 C片 0.8 mg +5 mL PBS)。两种溶液均储存在 4 ℃条件下备用。2.3 结果与讨论2.3.1 Ni@CHS/rGO 复合材料的表征Ni@CHS 的 SEM 图展示在 2-2A 和 2B 中。Ni@CHS 表现为大小均一，尺寸在2 μm左右的杨梅状球形结构。在煅烧过程中，表面生长很多尺寸为30 50 nm的金属 Ni 纳米针，由于 MOF 的多孔结构，限制了金属 Ni 在煅烧过程的快速扩散，致使 Ni 在 MOF 框架中高度均匀的掺杂。此外，图 2-2B 的几处破损处可以看出 Ni@CHS 是一种空心的内部结构。图 2-2C 展示了 Ni@CHS/rGO 表面覆盖有一层薄薄的 rGO。rGO 可以提供大量的成核位点，可以解决 Ni@CHS 由于磁性性质而发生聚集的状况。所以，片层结构的 rGO 和均匀分散的 Ni@CHS 展现了大的比表面积，极大地增加了与三种分析物接触面积。(B)(C)(A)
Ni@CHS和Ni@CHS/rGO的EDS图
本文编号：2755193
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.1;TB33
【图文】：
得到的产物在离心、水洗、醇洗之后，在 80 ℃下进行干燥，得到Ni-MOF/rGO。将得到的 Ni-MOF/rGO 放入管式炉中，在通入氮气的环境中 700 ℃保持 3 h，升温速率为 5 ℃min-1，得到黑色的 Ni@CHS/rGO。2.2.4 Ni@CHS/rGO/GCE 的制备在使用之前先将玻碳电极进行抛光预处理，然后再在水醇混合溶液中超声 3min，自然风干。将 Ni@CHS/rGO(6 mg)分散在 2 mL DMF 中，对其分散液进行超声数分钟。将 8 μL Ni@CHS/rGO 分散液用移液枪滴到准备好的电极上烘干。为了对比，Ni@CHS/GCE 和 rGO/GCE 电极使用同样的方法制备。电极制备过程以及检测过程如图 2-1 所示。
藏在低温环境中。使用前，将其用高速离心机去除沉淀物质，用 PBS 缓冲液将尿样稀释到 200 倍。维生素 C 片购买自当地的药店，同样用 PBS 稀释(维生素 C片 0.8 mg +5 mL PBS)。两种溶液均储存在 4 ℃条件下备用。2.3 结果与讨论2.3.1 Ni@CHS/rGO 复合材料的表征Ni@CHS 的 SEM 图展示在 2-2A 和 2B 中。Ni@CHS 表现为大小均一，尺寸在2 μm左右的杨梅状球形结构。在煅烧过程中，表面生长很多尺寸为30 50 nm的金属 Ni 纳米针，由于 MOF 的多孔结构，限制了金属 Ni 在煅烧过程的快速扩散，致使 Ni 在 MOF 框架中高度均匀的掺杂。此外，图 2-2B 的几处破损处可以看出 Ni@CHS 是一种空心的内部结构。图 2-2C 展示了 Ni@CHS/rGO 表面覆盖有一层薄薄的 rGO。rGO 可以提供大量的成核位点，可以解决 Ni@CHS 由于磁性性质而发生聚集的状况。所以，片层结构的 rGO 和均匀分散的 Ni@CHS 展现了大的比表面积，极大地增加了与三种分析物接触面积。(B)(C)(A)
Ni@CHS和Ni@CHS/rGO的EDS图
【参考文献】
相关博士学位论文 前1条
1 王学亮;纳米仿生界面的构建及纳米电化学生物传感器在生物分子检测中的应用研究[D];青岛科技大学;2009年
相关硕士学位论文 前1条
1 周宇艳;纳米材料修饰电极及其应用于生物分子检测的电化学研究[D];华东师范大学;2005年
本文编号：2755193
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