新型纳米材料的制备及电化学生物传感器研究

发布时间：2017-10-10 16:29

  本文关键词：新型纳米材料的制备及电化学生物传感器研究

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【摘要】：电化学生物传感器有着灵敏度高、分析速度快、选择性好、所需仪器简单以及成本低等优点,在化学、生物医学、环境监测以及食品检测等相关领域具有重要的应用价值。组建电化学生物传感器的关键在于化学修饰电极(Chemically Modified Electrodes, CME)的构造。CME是把具有优良化学性质的化学物质比如有机物、无机物、聚合物和生物大分子等通过物理或化学的方法固定在电极表面,呈现出优良的电化学性质。近年来,随着纳米科技的发展,纳米材料因其独特的电学、光学、催化性能及优良的生物相容性,在物理、化学和材料科学等领域引起了广泛的关注。在此背景下,本文制备了三种不同的纳米材料,并成功地将其应用于电化学生物传感器的研究。所构建的谷氨酸盐、葡萄糖电化学生物传感器具有灵敏度高、线性范围宽、检测限低及响应速度快等优点。主要工作如下：(1)Pd具有优良的催化性能,但其价格昂贵,鉴于此,本文采用有机溶剂热法合成了Ni-Pd核-壳纳米材料,构建了谷氨酸盐电化学生物传感器,实现了对谷氨酸盐高灵敏的检测。通过透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征方法对合成的材料及其修饰的电极进行定性分析；采用循环伏安法(CV)、交流阻抗(EIS)技术、差分脉冲伏安法(DPV)及计时电流法(CA)考察了修饰电极的电化学行为。结果表明,该传感器对谷氨酸盐的检测具有良好的性能：较低的检测限(0.05 μM, S/N=3),较高的灵敏性(4.768 μA μM-1 cm-2)和宽的线性响应范围(0.1-500 μM)。此外,该传感器已初步应用于食品中谷氨酸盐的检测,获得了较可靠的结果(第二章)。(2)纳米氧化亚铜作为新型的p型氧化物半导体材料,具有活性的电子-空穴对系统,表现出良好的电催化活性。基于抗坏血酸还原法制备了立方体纳米氧化亚铜颗粒,发展了一种简单且灵敏的葡萄糖生物传感器。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对合成的立方体纳米氧化亚铜及其修饰电极的形貌进行了表征,通过循环伏安法(CV)、交流阻抗(EIS)技术、差分脉冲伏安法(DPV)及计时电流法(CA)考察了修饰电极的电化学行为。结果表明,立方体纳米氧化亚铜在葡萄糖的测定中具有显著的催化效果,实现了对葡萄糖高灵敏度的检测。此外,葡萄糖浓度在5.0×10-6～4.0×10-3M范围内呈良好的线性关系,其相关系数为0.9983,检测限为6.8×10-7 M(S/N=3)。该传感器具有较高的灵敏度、较好的重现性、稳定性及抗干扰能力,并且,被成功地应用于尿样中葡萄糖浓度的检测(第三章)。(3)基于贵金属的合金纳米材料良好的催化性能,本文采用一种新颖的方法合成了具有优良催化性能的Pt-Cu二元合金纳米材料,该二元合金纳米材料避免了纯Pt纳米颗粒作为催化剂易中毒的问题。并将其应用于葡萄糖生物传感器,实现了对葡萄糖的高灵敏性检测,检测限为2.5×10-7M(S/N=3)(第四章)。
【关键词】：传感器 纳米材料 合金纳米颗粒 催化 谷氨酸盐 葡萄糖
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.1;TP212.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 生物传感器12-14
• 1.1.1 生物传感器的原理及分类12-13
• 1.1.2 生物传感器的特点和应用价值13-14
• 1.2 电化学生物传感器14-17
• 1.2.1 电化学生物传感器的原理和分类14-15
• 1.2.2 电化学生物传感器的检测方法15-17
• 1.3 纳米材料17-22
• 1.3.0 纳米材料的概述和分类17-18
• 1.3.1 纳米材料的特点18
• 1.3.2 纳米材料的制备方法18-21
• 1.3.3 纳米材料在电化学生物传感器中的应用21-22
• 1.4 本论文的构想22-24
• 第2章 基于镍-钯核壳纳米颗粒的谷氨酸盐电化学传感器的制备及性能研究24-35
• 2.1 引言24-25
• 2.2 实验部分25-27
• 2.2.1 试剂与仪器25-26
• 2.2.2 Ni-Pd核壳纳米材料的合成26
• 2.2.3 电极预处理26
• 2.2.4 修饰电极的制备26-27
• 2.2.5 电化学测试27
• 2.2.6 传感器在食品检测中的应用27
• 2.3 结果与讨论27-34
• 2.3.1 Ni-Pd核壳纳米颗粒表征27-28
• 2.3.2 PAM表面固定Ni-Pd核壳纳米颗粒的分析28-30
• 2.3.3 Ni-Pd核壳纳米材料修饰电极的电化学特征30-32
• 2.3.4 Ni-Pd核壳纳米颗粒修饰电极的检测性能32
• 2.3.5 传感器的选择性32-33
• 2.3.6 传感器重复性和稳定性33
• 2.3.7 实际样品分析33-34
• 2.4 小结34-35
• 第3章 基于立方体纳米氧化亚铜修饰的安培型葡萄糖生物传感器的制备及性能研究35-44
• 3.1 引言35-36
• 3.2 实验部分36-38
• 3.2.1 试剂与仪器36-37
• 3.2.2 立方体纳米Cu_2O的合成37
• 3.2.3 电极预处理37
• 3.2.4 葡萄糖氧化酶修饰电极的制备37
• 3.2.5 电化学测试37-38
• 3.3 结果与讨论38-43
• 3.3.1 立方体纳米Cu_2O颗粒及其修饰电极的表征38-39
• 3.3.2 立方体纳米Cu_2O修饰电极的电化学特征39-41
• 3.3.3 立方体纳米Cu_2O修饰的葡萄糖氧化酶电极的检测性能41-42
• 3.3.4 传感器选择性和稳定性42-43
• 3.3.5 实际样品分析43
• 3.4 小结43-44
• 第4章 基于铂-铜二元合金纳米颗粒修饰的安培型电化学传感器的制备及性能研究44-52
• 4.1 引言44-45
• 4.2 实验部分45-46
• 4.2.1 试剂与仪器45
• 4.2.2 Pt-Cu二元合金纳米颗粒的合成45
• 4.2.3 电极预处理45
• 4.2.4 GOx修饰电极的制备45-46
• 4.2.5 电化学检测46
• 4.3 结果与讨论46-51
• 4.3.1 Pt-Cu二元合金纳米颗粒及其修饰电极的表征46-47
• 4.3.2 Pt-Cu二元合金纳米颗修饰电极的电化学特征47-49
• 4.3.3 Pt-Cu二元合金纳米颗粒修饰的葡萄糖氧化酶电极的检测性能49-50
• 4.3.4 传感器选择性和稳定性50-51
• 4.4 小结51-52
• 结论52-53
• 参考文献53-66
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文66-67
• 致谢67

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本文编号：1007417