新型纳米光电化学传感界面的构筑

发布时间：2017-07-31 17:16

  本文关键词：新型纳米光电化学传感界面的构筑

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【摘要】：光电化学分析是最近几年出现并得到快速发展的一种新兴分析方法,其检测过程与电致化学发光相反。不同形式的激发和检测信号的采用,大大降低了其背景信号。光电化学分析法具有设备简单、分析成本低、响应快和灵敏度高等优点,因此它是一种具有极大发展潜力和前景的分析方法。半导体纳米材料由于表面效应、量子限域效应等的存在,拥有不同于本体材料的光电化学性能,而被广泛用于制备光电化学传感器。目前,光电化学传感器的研究还处于起步阶段,光电活性材料与检测模式比较有限,且大多数光电化学检测都依靠n型半导体材料构成的光电阳极。本论文研制了两种新型阴极光电材料,根据新的作用机理,制成五种基于纳米半导体材料的光电化学传感器,分别实现了对双氧水(H_2O_2)、铅离子(Pb~(2+))、碱性磷酸酶(ALP)、酪氨酸酶(TR)和甲胎蛋白(AFP)的测定。本文主要研究内容如下:1.基于氯化血红素(hemin)敏化NiO光电阴极的光电化学双氧水传感器本章设计了一种新型、灵巧、自控制备的基于hemin敏化的NiO光电阴极。以水热法在ITO上制备NiO,hemin通过羧基络合到NiO表面,制成ITO/NiO/hemin电极。与NiO相比,此电极在可见光照射下光电流响应增强。H_2O_2作为电子受体接受激发态hemin上的电子,使ITO/NiO/hemin电极的阴极光电流增强。由此建立了一种简单、灵敏、选择性检测H_2O_2的光电化学传感器。H_2O_2检测的线性范围为0.5 500.0μmol/L,检测限为0.1μmol/L。此外,该方法成功用于眼药水和牛奶中H_2O_2的检测,其结果令人满意。2.基于原位生成光敏剂的光电化学铅离子传感器利用Pb~(2+)诱导嵌入hemin的K+稳定的G-四链体结构改变,原位释放hemin敏化p型NiO电极,形成自控制备的光电阴极,提高阴极光电流,释放的hemin越多,敏化效果越好,光电流越大,基于此我们构建了灵敏检测Pb~(2+)的光电化学传感器。Pb~(2+)浓度在20.0 1500.0 nmol/L范围内,阴极光电流随Pb~(2+)浓度的增大而线性增大,检测限为4.0nmol/L。该方法不仅打开了光电阴极(自控制备)在金属离子传感方面的应用,而且引入了一种新的光电化学构建方法(原位生成光敏剂)。3.基于原位氧化还原反应高灵敏检测ALP、TR及AFP的光电化学传感器邻苯二酚(CA)与氧化石墨烯(GO)修饰电极发生氧化还原反应,将GO还原的同时自身生成聚合物吸附到还原石墨烯表面,使阴极光电流增大。另外ALP能催化邻苯二酚磷酸酯(OPP)水解产生CA。基于此我们构建了一个高灵敏检测ALP的传感器,检测限为0.0013 U/L。将该方法扩展到AFP的免疫分析上。在酶反应与杂交连锁反应的共同作用下,实现了对AFP的超灵敏检测,检测限低至0.15 fg/mL(S/N=3)。基于同样的原理,左旋多巴将GO还原的同时自身氧化成聚合物作为电子受体吸附到电极表面,引起阴极光电流增大,同时TR又可以催化酪氨酸氧化生成多巴,从而实现了对TR的检测,检测限为0.09 U/L。以上检测方法灵敏度高、选择性好,此外,生物识别元素都无需在电极表面上固定和标记。
【关键词】：光电化学 光电阴极 传感器 NiO/hemin GO
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.1;TP212
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 光电化学传感器概述8-10
• 1.1.1 基本原理8-9
• 1.1.2 光电活性物质9-10
• 1.2 纳米材料及其PEC传感的应用10-13
• 1.2.1 n型纳米材料的性质及应用10-12
• 1.2.2 p型纳米材料的性质及应用12-13
• 1.3 光电化学传感的发展趋势13
• 1.4 本论文的主要研究内容13-15
• 第二章 基于hemin敏化NiO光电阴极的光电化学双氧水传感器15-26
• 2.1 引言15
• 2.2 实验部分15-16
• 2.2.1 主要试剂与仪器15-16
• 2.2.2 ITO/NiO电极制备16
• 2.2.3 ITO/NiO/hemin电极制备16
• 2.2.4 H_2O_2的光电化学检测16
• 2.3 结果与讨论16-25
• 2.3.1 NiO及NiO/hemin表征16-20
• 2.3.2 ITO/NiO/hemin电极的光电化学响应20-21
• 2.3.3 H_2O_2的光电化学检测21-24
• 2.3.4 实际样分析24-25
• 2.4 结论25-26
• 第三章 基于原位生成光敏剂的光电化学铅离子传感器26-34
• 3.1 引言26
• 3.2 实验部分26-27
• 3.2.1 主要试剂与仪器26-27
• 3.2.2 G-四链体的合成27
• 3.2.3 铅离子的光电化学检测27
• 3.3 结果与讨论27-33
• 3.3.1 传感器的构建原理27-30
• 3.3.2 红外光谱和紫外漫反射光谱表征30-31
• 3.3.3 铅离子光电化学检测31-32
• 3.3.4 传感器的选择性和重现性32-33
• 3.3.5 实际样分析33
• 3.4 结论33-34
• 第四章 基于原位氧化还原反应高灵敏检测ALP、TR及AFP的光电化学传感器34-54
• 4.1 引言34-35
• 4.2 实验部分35-37
• 4.2.1 主要试剂与仪器35
• 4.2.2 氧化石墨烯的合成与其修饰电极的制备35
• 4.2.3 邻苯二酚磷酸酯合成35-36
• 4.2.4 邻苯二酚和碱性磷酸酶的测定36
• 4.2.5 甲胎蛋白的免疫分析36-37
• 4.2.6 酪氨酸酶的测定37
• 4.3 结果与讨论37-52
• 4.3.1 氧化石墨烯的表征及其光电流响应37-38
• 4.3.2 邻苯二酚引起光电流变化的机理与表征38-42
• 4.3.3 ALP酶活检测42-46
• 4.3.4 AFP免疫分析46-48
• 4.3.5 免疫传感的重现性和实际样分析48
• 4.3.6 酪氨酸酶活性检测48-52
• 4.4 结论52-54
• 主要结论与展望54-55
• 主要结论54
• 展望54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-63
• 附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文63

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本文编号：600233