贵金属簇荧光传感器和增强型电致化学发光传感器的研究

发布时间：2017-10-07 07:07

  本文关键词：贵金属簇荧光传感器和增强型电致化学发光传感器的研究

  更多相关文章： 荧光 电化学发光 金纳米簇 二氧化钛纳米粒子 生物传感器

【摘要】：贵金属纳米簇是一种新型的纳米材料,由于其优异的光学性能、不寻常的物理化学性质以及良好的生物相容性等优点被广泛地应用于分析传感检测中。但是目前对于贵金属纳米簇的合成以及应用仍然存在着一些缺陷和不足,主要表现在以下两个方面：(1)合成过程繁琐、耗时；(2)传统的荧光分析检测技术存在着一些缺陷,比如输出信号易受荧光探针浓度、光漂白以及光源稳定性等因素的影响,最终导致检测灵敏度降低。电致化学发光(ECL),是电化学和化学发光相结合的产物。它具有简单快捷、检测灵敏度高、检测范围宽、可控性好、易实现实时化和集成化、可进行原位检测等优点,从而引起科研工作者极大的研究兴趣。在过去的几十年里,涌现出很多ECL体系,如三联吡啶钌-三丙胺,鲁米诺-过氧化氢以及量子点-过硫酸盐等。然而,溶解氧在上述发光体系中的ECL信号往往只作为背景信号而被忽略,或者溶解氧在发光体系中的发光强度较弱,因此没有得到研究者们的重视,更没有进一步探讨其应用价值。因此,在本文研究中,我们首先利用简单绿色的“一锅煮”合成方法制备不同保护剂包裹的的金纳米簇(Au NCs);其次,我们引入二氧化钛纳米粒子(TiO_2 NPs)作为催化剂来增强N,N-二丁氨基乙醇与水中溶解氧(DBAE+O_2)发光体系的ECL强度。从而构建了一系列不同类型的发光传感器,最终实现了对金属离子和生物分子的高灵敏度和高选择性检测。本文主要包括以下三部分：1.我们以牛血清白蛋白(BSA)作为还原剂和保护剂,在碱性条件下通过一步加热法得到水溶性较好的、具有双发射性能的BSA包裹的铂金二金属纳米簇(BSA-Pt-Au NCs)。该BSA-Pt-Au NCs在340 nm波长激发下具有405 nm和640 nm两个发射峰,研究结果发现这两个峰分别归属于BSA-Au/Pt复合物和Au NCs。且由于Hg~(2+)和Au+间的d10-d10金属键结合作用,使得Hg~(2+)可以有效地淬灭该纳米簇的荧光强度。同时,由于Hg~(2+)和巯基间强的作用力,半胱氨酸(Cys)的存在会抑制Hg~(2+)对BSA-Pt-Au NCs的淬灭效应。因此,我们基于BSA-Pt-Au NCs的两峰强度之比(F405/F640)成功构建了一种高灵敏度以及高选择性的分析检测Hg~(2+)和Cys的比率荧光传感器。2.本文通过合成步骤的设计以及大量的实验条件优化,成功实现了一步合成高荧光强度的Cys包裹的Au NCs (Cys-Au NCs),且该纳米簇在390 nm波长的激发下发射波长为525 nm。由于Cys-Au NCs与金纳米粒子(Au NPs)之间的荧光共振能量转移作用,当Au NPs加入到Cys-Au NCs溶液时,荧光被有效地淬灭。然而,由于鱼精蛋白(protamine)可以与Au NPs通过静电吸附作用结合,从而使得荧光恢复,而肝素钠(heparin)与protamine之间的特异性结合会释放Au NPs,从而再次淬灭该纳米簇的荧光。基于上述原理,我们成功构建了一种检测protamine和heparin的生物传感器。3.在以前的研究工作中发现水中的溶解氧与DBAE体系在裸的铂(Pt)电极上会产生阳极ECL信号。在此研究的基础上,我们发现该体系的ECL强度在TiO_2 NPs修饰的Pt电极上显著地增强,这主要是由于TiO_2 NPs对DBAE在电极上的氧化反应起到一定的催化作用。而且增强的ECL强度可以被多巴胺(DA)有效地淬灭。基于上述现象,我们成功构建了一种简单的、高选择性以及高灵敏度的检测DA的生物传感器。
【关键词】：荧光 电化学发光 金纳米簇 二氧化钛纳米粒子 生物传感器
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-36
• 1.1 传感器概述10-11
• 1.2 贵金属纳米簇概述11-21
• 1.2.1 贵金属纳米簇简介11
• 1.2.2 贵金属纳米簇的光学性质11-14
• 1.2.3 贵金属纳米簇的合成14-17
• 1.2.4 基于贵金属纳米簇的荧光传感器17-21
• 1.3 电致化学发光概述21-26
• 1.3.1 电致化学发光简介21-22
• 1.3.2 电致化学发光原理22-24
• 1.3.3 纳米材料在电致化学发光中的应用24-26
• 1.4 选题背景与意义、研究目标及内容、拟解决的问题以及解决方法26-29
• 1.4.1 选题背景与意义26-27
• 1.4.2 研究目标及内容27
• 1.4.3 拟解决的问题以及解决方法27-29
• 参考文献29-36
• 第二章 一步合成双发射BSA-Pt-Au NCs用于荧光比率检测汞离子和半胱氨酸36-47
• 2.1 前言36-37
• 2.2 实验部分37-38
• 2.2.1 实验试剂和仪器37
• 2.2.2 一步合成荧光BSA-Pt-Au NCs37-38
• 2.2.3 优化实验条件38
• 2.2.4 荧光检测Hg~(2+)和Cys38
• 2.2.5 选择性检测38
• 2.3 实验结果与讨论38-44
• 2.3.1 BSA-Pt-Au NCs的合成与表征38-40
• 2.3.2 荧光检测Hg~(2+)和Cys的机理40-41
• 2.3.3 实验条件的优化41-42
• 2.3.4 BSA-Pt-Au NCs荧光传感器对Hg~(2+)和Cys的检测42-43
• 2.3.5 荧光传感器选择性的研究43-44
• 2.3.6 实样检测44
• 2.4 本章小结44-45
• 参考文献45-47
• 第三章 基于一步合成的Cys-Au NCs荧光检测鱼精蛋白和肝素钠47-54
• 3.1 前言47-48
• 3.2 实验部分48-49
• 3.2.1 实验试剂和仪器48
• 3.2.2 Cys-Au NCs的合成48
• 3.2.3 Au NPs的合成48
• 3.2.4 荧光检测protamine和heparin48-49
• 3.3 结果与讨论49-52
• 3.3.1 Cys-Au NCs的合成与表征49
• 3.3.2 实验条件的优化49-50
• 3.3.3 荧光检测机理50-51
• 3.3.4 荧光传感器对protamine和heparin的检测51-52
• 3.3.5 荧光传感器的选择性研究52
• 3.4 本章小结52-53
• 参考文献53-54
• 第四章 溶解氧与DBAE体系在TiO_2/Pt电极上的增强型电致化学发光以及对多巴胺的检测54-63
• 4.1 前言54-55
• 4.2 实验部分55
• 4.2.1 实验试剂55
• 4.2.2 实验仪器55
• 4.3 实验结果与讨论55-60
• 4.3.1 O_2与DBAE在TiO_2Pt电极上的电化学及电化学发光行为55-57
• 4.3.2 O_2与DBAE在TiO_2/Pt电极上的电化学发光机理57
• 4.3.3 O_2+DBAE发光体系的稳定性57-58
• 4.3.4 实验条件的优化58-59
• 4.3.5 O_2+DBAE发光体系在DA测定上的应用59-60
• 4.3.6 ECL传感器选择性的研究60
• 4.4 本章小结60-61
• 参考文献61-63
• 第五章 全文总结与展望63-64
• 5.1 全文总结63
• 5.2 展望63-64
• 硕士期间的工作成果64-65
• 致谢65

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