分子印迹-有机电化学晶体管传感器的制备及性能研究

发布时间：2020-05-05 04:12

【摘要】：有机电化学晶体管(Organic Electrochemical Transistor OECT)具有体积小、成本低、易集成、生物兼容性好、工作电压低等优点,在生物传感器中的应用具有很大的潜力。然而,其选择性却不尽如人意,制约了其在传感器方面的应用。分子印迹聚合物(MIPs)是一种对特定分子具有特异性识别能力的聚合物。具有易制备、稳定性好、选择性高等优点,在传感器领域得到了广泛应用。因此,将MIPs与OECT结合是提高选择性的有效途径。目前,MIPs与OECT传感相结合的研究鲜有报道。本论文紧紧围绕OECT传感器的选择性问题,首先以易氧化的抗坏血酸(AA)为模板、邻苯二胺(o-PD)为功能单体,制备了高灵敏度、高选择性的MIP修饰的OECT(MIP-OECT)传感器。紧接着研究了该方法对手性物质(组氨酸)的手性检测效果,得到了较好的结果。进而以芳香族手性氨基酸(色氨酸和酪氨酸)为模板分子,对该类MIP-OECT传感器在手性检测方面的适用性以及传感机理进行了深入的研究。并用所制备的传感器对实际样品进行检测。主要研究结果如下:1.高灵敏度、高选择性的抗坏血酸MIP-OECT传感器的制备及性能研究以AA为模板分子、o-PD为功能单体,制备了 MIP-OECT传感器。用循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)表征了修饰电极的制备过程以及吸附能力;原子力显微镜(AFM)表征了修饰电极的形貌。优化了重要的检测参数pH和温度。在最佳检测条件下,MIP-OECT对AA的检测限为10 nM且具有高达75.3μAdecade-1的灵敏度。而且,利用该传感器检测AA时,与AA结构类似的化合物和常见的金属离子都不干扰其检测。此外将该传感器用于商售饮料中AA的检测,得到了较好的结果。2.选择性识别组氨酸手性对映体的MIP-OECT传感器由于在食品、药品以及蛋白质代谢方面的重要作用,氨基酸的手性检测备受关注。以组氨酸(D/L-His)为模板分子、丙烯酰胺为功能单体,制备了 His手性识别传感器。红外光谱和扫描电镜结果表明成功制备了 MIPs。优化了修饰电极的制备条件,最优条件下制备的传感器在100 nM～10μM的范围内对D/L-His检测具有8.2和22.7 μAdecade-1的灵敏度以及10 nM和100nM的检测限。抗干扰能力检测结果表明:常见干扰物以及金属离子不干扰L-His的检测,且该传感器能够对His进行手性识别。此外,以L-His为模板制备的MIP-OECT可用于人体尿液中L-His的检测。3.弱氧化性芳香族氨基酸手性对映体的MIP-OECT传感器及检测机理研究为了研究用MIP修饰OECT来提高选择性这种策略在手性识别方面的普适性以及检测机理。以色氨酸(D/L-Trp)和酪氨酸(D/L-Tyr)为模板分子,制备了 MIP-OECT手性传感器。采用CV、EIS和AFM对不同电极的电学性能以及形貌进行了分析,证明制备了能够对模板分子选择性识别的修饰电极。使用MIP-OECT传感器检测L-Trp和L-Tyr,分别具有3.19和3.64 μA μM-1的灵敏度以及2 nM和30 nM的检测限。手性对映体的选择性因子数据表明该传感器可用于Trp和Tyr的手性识别。传感器的检测机理为:MIP膜对模板分子进行选择性吸附,然后在栅极电压的作用下电催化它们的氧化反应,产生法拉第电流,致使有效栅极电压增加,最终导致沟道电流下降。此外,以L-Trp和L-Tyr为模板分子制备的MIP-OECT传感器可用于氨基酸片剂中L-Trp和L-Tyr的检测。
【图文】：

转移特性曲线,输出特性曲线

图１．４典型的ＯＥＣＴ邋（Ａ）输出特性曲线和（Ｂ）转移特性曲线逡逑Ｆｉｇ邋１．４邋Ｔｙｐｉｃａｌ邋（Ａ）邋Ｏｕｔｐｕｔ邋ａｎｄ邋（Ｂ）邋Ｔｒａｎｓｆｅｒ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ＯＥＣＴ逡逑图１．４显示了典型的消耗型ＯＥＣＴ的电学性能曲线，艮卩输出特性曲线和转移逡逑特性曲线，通过这些特性曲线可以判断晶体管的栅极电压对沟道电流的调控能逡逑力以及源、漏电压对沟道电流的调控能力。逡逑１．２．２有机电化学晶体管的半导体材料逡逑１．２．２．１邋Ｐ型聚合物半导体材料逡逑第一个被报道的ＯＥＣＴ晶体管［６８】所使用的半导体材料为聚吡略，该聚合物逡逑是一种Ｐ型聚合物半导体材料。后来Ｗｒｉｇｈｔｏｎ课题组［６９－７（）１发现聚三甲基噻吩可逡逑作为半导体来制备ＯＥＣＴ器件，器件体现出了邋Ｐ型晶体管的性能。且所制备的逡逑ＯＥＣＴ在ｐＨ为１－９的范围内可稳定使用，对ＩｒＣｌ６２＿离子非常敏感。另外以聚三逡逑甲基噻吩为有源层的器件对氧气和氢气都很敏感。Ｒａｎｉ等人［７２１发现聚咔唑这种逡逑半导体材料也可以制备Ｐ－型ＯＥＣＴ，并且将制备的器件用作Ｃｕ２＋传感器件得到逡逑了较好的检测效果。聚３，，４－乙烯二氧噻吩（ＰＥＤＯＴ）邋［７３］、聚３，邋４－乙q<二氧噻逡逑吩：聚苯乙烯磺酸盐（ＰＥＤＯＴ：邋ＰＳＳ）也被相继报道用作ＯＥＣＴ的有源层来制备逡逑各种ＯＥＣＴ器件以及传感器件，尤其是２００７年到２０１６年间，被报道的ＯＥＣＴ器逡逑件基本都是以ＰＥＤＯＴ：邋ＰＳＳ为有源层［７４＿７７］。ＰＥＤＯＴ：邋ＰＳＳ的结构见图１．５。由于逡逑ＰＥＤＯＴ：邋ＰＳＳ本身的一些特性

传感器,还原态,聚苯胺,葡萄糖

逦第一章绪论逦逡逑氧化还原介质，该传感器检测葡萄糖的机理是：葡萄糖在氧化酶的作用下发生氧逡逑化产生氧化酶的还原态，还原态的氧化酶与ＴＴＦ＋作用生成ＴＴＦ，而ＴＴＦ又能与逡逑导电的聚苯胺作用生成绝缘的聚苯胺，从而实现开关态的调控＿。后来他们进一逡逑步优化了器件结构和制备条件，获得了快响应的葡萄糖传感器，该传感器的响应逡逑时间为ｌＯｓＭ。逡逑
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN32;TP212

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