介孔磁性MOF基纳米复合材料的合成及其传感性能研究

发布时间：2018-01-13 03:37

本文关键词：介孔磁性MOF基纳米复合材料的合成及其传感性能研究　出处：《郑州轻工业学院》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：近年来,随着人们对纳米复合材料研究的不断深入,其独特的性能也越来越受到了人们的关注,相比传统材料,纳米复合材料具有表面效应、尺寸效应、宏观量子隧道效应等特点,以及不同组分材料间的协同优化效应,因此,其具有不同于传统材料的一些特殊性能,例如:光学效应、电场效应、热效应、磁场效应以及传感性能等,这使得以纳米复合材料制备的传感器成为研究热点之一。本论文设计合成了两种介孔磁性金属有机框架(MOFs)基纳米复合材料,并将这些纳米复合材料作为电化学生物传感器的敏感膜,分别固定生物探针分子重金属离子(Pb(II)和As(III))核酸适体和上皮肿瘤标记粘蛋白(MUC1)核酸适体,采用循环伏安法和电化学阻抗法对重金属离子Pb(II)/As(III)及MUC1进行了灵敏性检测,得到了较低的检测限,并可应用于实际样品的检测。本论文主要包括三部分内容:介孔磁性MOFs基纳米复合材料的制备,基于纳米复合材料的电化学生物传感器的构筑,以及其对重金属离子和MUC1的检测。本论文以二氧化硅(SiO2)为模板,二茂铁为原料,合成了h-mFe_3O_4@mC空心纳米复合材料,通过与Fe(III)基MOFs(Fe-MOFs)和铁氰化锆粒子(ZrHCF)复合,制备出介孔磁性MOFs基纳米复合材料(Fe-MOF@mFe_3O_4@mC和ZrHCF@mFe_3O_4@mC),详细考察了介孔磁性MOFs基纳米复合材料的化学结构和组成、表面形貌以及其对电化学性能的影响。通过表征,验证了所制备最终材料与所设计方案的一致性。以Fe-MOF@mFe_3O_4@mC纳米复合材料作为电化学生物传感器的敏感膜,通过磁性材料对于生物分子的生物亲和性,在敏感膜表面自组装上核酸适体,实现了对于重金属离子Pb(II)/As(III)的灵敏性检测。结果表明,Fe-MOFs具有很强地捕获或储存小分子的能力,客体分子易于扩散到其高度有序的框架中,使更多的生物分子在敏感膜上固定,从而提高了对Pb(II)/As(III)检测的灵敏度。以Fe-MOF@mFe_3O_4@mC纳米复合材料构筑的电化学适体传感器,在0.01~10.0 nM的浓度范围内,对Pb(II)/As(III)的最低检测限为2.27/6.73 pM。与同类型传感器相比,具有较低的检测限。传感器对于其它重金属离子的选择性很高,如对Mn2+、Cu2+、Ca2+、Mg2+、Ni2+、Ag+和Zn2+表现出非常出色的抗干扰能力;应用于实际样品时,也表现出良好的检测效果。此外,将所构筑的适体传感器还应用于重金属离子Pb(II)/As(III)的再生性测试、稳定性和重现性测试,并得到良好的测试结果。在前面实验研究的基础上,我们考虑使用磁性纳米粒子ZrHCF与h-mFe_3O_4@mC进行复合,因为ZrHCF和适体链之间可以形成锆氧磷键(Zr-O-P),这种作用力的存在可以使适体链更好地固定于材料的表面。将ZrHCF@mFe_3O_4@mC纳米复合材料作为电化学生物传感器的敏感膜,并在其表面自组装上核酸适体,应用于粘蛋白MUC1的检测时,表现出较好的灵敏性。结果表明,ZrHCF纳米粒子的存在使得有更多的生物分子在敏感膜上进行固定,从而提高了对粘蛋白MUC1检测时的灵敏度。该电化学适体传感器在0.01~1000 ng·m L-1的浓度范围内,对MUC1的最低检测限能达到1.85 pg?m L-1。与同类传感器相比具有较低的检测限;同时,所构筑传感器在对牛血清蛋白(BSA)、免疫球蛋白G(IgG)与癌胚抗原(CEA)溶液的干扰性检测中,表现出较高的抗干扰能力,即所构筑传感器的具有良好的选择性;在实际样品的检测过程中,也表现出良好的检测效果。我们的工作提出了制备MOFs基纳米复合材料和构筑电化学生物传感器的新思路,并在环境监测和生物医学领域具有潜在的应用价值。
[Abstract]:In recent years , with the deepening of research on nano - composites , the unique properties of nano - composites have been paid more and more attention . Compared with the traditional materials , the nano - composites have the characteristics of surface effect , size effect , macroscopic quantum tunneling effect and so on . The results show that the nano - composites have different specific properties , such as optical effect , electric field effect , thermal effect , magnetic field effect and sensing performance .

【学位授予单位】：郑州轻工业学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB33;TP212

【参考文献】