石墨烯基复合物SERS基底的制备及在类酶催化反应与检测方面的应用

发布时间：2020-07-12 17:45

【摘要】：表面增强拉曼散射(SERS)是一种分子吸附在具有增强能力的金属纳米粒子表面,并且其拉曼信号被极大增强的现象。SERS技术不仅能对吸附在纳米材料表面上的分析物进行定量检测,而且还能提供分子的指纹信息,因此已被广泛应用于化学合成,生物,环保等领域。纳米材料如金、银和氧化石墨烯复合材料不仅具有类酶的性质,也具有高的SERS活性。首篇纳米酶四氧化三铁(Fe_3O_4)引起了不同领域包括材料学,物理学,化学,生物学,医学和环境科学的研究兴趣。与天然生物酶相比,纳米酶具有高稳定性和高催化活性以及价格低的优点,特别是能够避免生物酶容易失活的特点,使其在催化和酶动力学领域具有广泛的应用前景,特别是在分析化学领域中有重要意义。目前,在分析领域基于纳米酶催化显色反应的应用主要有重金属离子和生物分子的检测。在本篇论文中,我们构筑了两种具有类酶活性的石墨烯复合基底,将二者利用SERS技术分别应用于葡萄糖和汞离子的传感检测,均取得了良好的结果。本文研究的主要内容如下:1)银-氧化亚铜/还原氧化石墨烯(Ag-Cu_2O/rGO)纳米复合物的构筑以及作为SERS基底对类过氧化物酶催化反应的监控和生物传感高灵敏的生物传感对医学诊断是很必要的,尤其是对每个人疾病的监控。实现这一目标的最理想方式是分析人体汗液分泌物来实现非侵入性的检测。由于人体分泌物的浓度很低,构筑一种非侵入性的超灵敏检测方法仍然是一个很大的挑战。在这项工作中,Ag-Cu_2O/还原氧化石墨烯(rGO)纳米复合材料是在室温下利用原位两步还原的方法构筑。所制备的Ag-Cu_2O/rGO纳米复合材料具有类过氧化物酶性质,其可以在H_2O_2的存在的条件下快速催化过氧化物酶底物3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)分子,并且Ag-Cu_2O/rGO还具有优异的SERS性能,在此基础上,可以通过SERS技术监测TMB的催化氧化反应过程,进而间接检测H_2O_2的含量。此外,这种材料与葡萄糖氧化酶复合后可以对葡萄糖进行检测,具有较高的灵敏度,因此这种方法可以通过检测指纹上葡萄糖的含量区分糖尿病和正常人在血糖上的潜在差异。这项工作为设计具有高催化活性的双功能SERS基底在生物化学,法医调查和医学诊断上的应用提供了新思路。2)基于银-铁酸钴/还原氧化石墨烯(Ag-CoFe_2O_4/rGO)纳米复合材料的类氧化酶催化活性的比色和SERS双重检测Hg~(2+)的研究汞离子是毒性很强的金属离子,在环境中的残留物会威胁人体健康。因此,发展简单灵敏的检测Hg~(2+)的方法具有重要意义。本工作通过一步微波辅助反应合成了Ag-CoFe_2O_4/rGO纳米复合材料,可直接氧化3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)分子,使得反应前的无色溶液变为浅蓝色。基于Hg~(2+)对Ag-CoFe_2O_4/rGO纳米复合材料的类氧化酶催化活性的刺激,我们开发了比色法和SERS联用法对Hg~(2+)进行检测。结果表明,Hg~(2+)和Ag纳米粒子之间的相互作用可以在短时间内发生,这是由于Hg~(2+)的还原而形成了Ag-Hg合金,这种相互作用影响了Ag纳米粒子的表面等离子体共振(SPR)性能,从而衰减了Ag-CoFe_2O_4/rGO纳米复合物的电磁增强。另外,这种合金的形成可以增强Ag-CoFe_2O_4/rGO的类氧化物酶的活性,这使得对汞离子的检测更为敏感。通过使用SERS检测方法,对Hg~(2+)的最低检测浓度低至0.67 nM,这种检测能力比以前基于类酶催化反应对Hg~(2+)检测的结果要好得多,它低于世界卫生组织(WHO)(30 nM)和美国环境保护局(EPA)(10 nM)的饮用水允许的Hg~(2+)的最大值。该方法具有简便,灵敏度高,选择性好等优点,有希望应用于实际环境中的Hg~(2+)的测定。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.37;O643.32

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