高性能碳基电化学传感器的构建及其在生物小分子检测中的应用
发布时间：2021-11-20 01:56
目前,碳及其复合材料已被广泛应用于科研及人们生活的各个领域。由于碳材料自身具有多样性、优异的化学稳定性、很高的机械强度、优良的电子传导能力、独特的光学性能和环境友好等特点,各种碳纳米材料已经广泛地应用于电子设备、能量存储、生物医疗、药物缓释及生物传感等领域。越来越多的科研人员认为碳纳米材料是解决未来能源危机、环境污染、医疗技术更新等技术难题最具发展潜力的材料。因此各种碳及复合纳米材料的合成、修饰及应用等的研究是近年来最活跃的课题。近年来,碳材料如碳纳米管、石墨烯、活性炭及碳凝胶等在传感领域也得到迅速发展。由于这些材料具有优良的导电性和催化性能,是制备传感器的理想材料,在气体传感、生物小分子、蛋白质、细胞及疾病诊断等领域得到广泛应用。本论文旨在研究和发展新型碳材料,制备碳基电化学传感器用于各种生物小分子的检测,主要内容概括如下:（一）采用冷冻干燥法一步成型制备具有三维连续蜂窝状结构的碳气凝胶,并研究其在传感领域的应用。我们利用氧化石墨烯（GO）、多壁碳纳米管（MWCNTs）及Nafion的三元体系,采用冷冻干燥的方法制备多孔碳气凝胶（CAGs）。在这个复合体系中,氧化石墨烯独有的片层结构...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生物传感器结构、原理示意图
表面工程、生物医药[63]以及场发射材料[64]等领域且具有广阔的应用前景。1.1.3.2 碳纳米管的结构与性能从日本科学家饭岛城男等人分别在 1991 年和 1993 年首次发现多壁碳纳米管（MWCNTs）和单壁碳纳米管（SWCNTs）开始，人们对碳纳米管的结构、分类、性能及其应用进行了诸多研究，开辟了一个碳纳米材料的全新领域。碳纳米管（CNTs）是由单层或多层石墨烯片卷曲而成的具有完整分子结构的无缝中空管状的、两端是由七边形或者五边形封闭而成的、直径在几纳米到几十纳米之间的一维碳纳米材料。CNTs 中的碳原子以六边形形式排列成几层甚至十几层（层间距 0.34nm）的同轴圆管，主要以 sp2 杂化形成 π-π 键（也含有少量的 sp3杂化键）。如图 1.2，根据 CNTs 中同轴圆管的层数可以将其分为：单壁碳纳米管（SWCNTs）、双壁碳纳米管（DWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）。按照 CNTs的生长取向可分为无定向碳纳米管（Non-directional carbon nanotubes）和定向排列的碳纳米管（Aligned carbon nanotubes）。根据 CNTs 中碳六边形沿轴向的取向可分为手性管（Chiral）、椅型管（Armchair）和锯齿型管（Zig-zag）。
利用静电纺丝技术制备的 CNF 已经被广泛应用于传感领域。Manesh 等静电纺丝技术制备碳纳米管掺杂的聚丙烯腈多孔碳纳米纤维并应用于葡测。由于碳纳米纤维具有很多的微孔能大大的提高传感器的灵敏度。Zh]制备了具有大比表面积并且导电性能良好的聚丙烯腈 CNF 电致发光传感感器具有检测速度快、灵敏度高等特点。Liu 等人[106]通过静电纺丝技术维 NiCo2O4碳纳米纤维并应用于葡萄糖的无酶检测中（如图 1.4）。实验所获得的独特三维结构 NiCo2O4碳纳米纤维复合材料具有良好的结晶性能在碳纳米纤维骨架上均匀地生长 NiCo2O4纳米管，得益于具有良好分iCo2O4和具有良好导电性碳纳米纤维网络的协同效应。该碳纳米纤维复 0.005～19.175 mM 的检测范围内，电流响应和葡萄糖浓度之间具有很好系，线性相关系数为 0.998。以及对葡萄糖检测灵敏度为 1947.2 μA·mM 1·极限为 1.5 μM（S/N=3）。此外，还测试了该传感器在实际血清样本中的，取得了满意的效果。该研究表明，三维 NiCo2O4碳纳米纤维是一种具传感潜力的独特材料。
本文编号：3506329
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生物传感器结构、原理示意图
表面工程、生物医药[63]以及场发射材料[64]等领域且具有广阔的应用前景。1.1.3.2 碳纳米管的结构与性能从日本科学家饭岛城男等人分别在 1991 年和 1993 年首次发现多壁碳纳米管（MWCNTs）和单壁碳纳米管（SWCNTs）开始，人们对碳纳米管的结构、分类、性能及其应用进行了诸多研究，开辟了一个碳纳米材料的全新领域。碳纳米管（CNTs）是由单层或多层石墨烯片卷曲而成的具有完整分子结构的无缝中空管状的、两端是由七边形或者五边形封闭而成的、直径在几纳米到几十纳米之间的一维碳纳米材料。CNTs 中的碳原子以六边形形式排列成几层甚至十几层（层间距 0.34nm）的同轴圆管，主要以 sp2 杂化形成 π-π 键（也含有少量的 sp3杂化键）。如图 1.2，根据 CNTs 中同轴圆管的层数可以将其分为：单壁碳纳米管（SWCNTs）、双壁碳纳米管（DWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）。按照 CNTs的生长取向可分为无定向碳纳米管（Non-directional carbon nanotubes）和定向排列的碳纳米管（Aligned carbon nanotubes）。根据 CNTs 中碳六边形沿轴向的取向可分为手性管（Chiral）、椅型管（Armchair）和锯齿型管（Zig-zag）。
利用静电纺丝技术制备的 CNF 已经被广泛应用于传感领域。Manesh 等静电纺丝技术制备碳纳米管掺杂的聚丙烯腈多孔碳纳米纤维并应用于葡测。由于碳纳米纤维具有很多的微孔能大大的提高传感器的灵敏度。Zh]制备了具有大比表面积并且导电性能良好的聚丙烯腈 CNF 电致发光传感感器具有检测速度快、灵敏度高等特点。Liu 等人[106]通过静电纺丝技术维 NiCo2O4碳纳米纤维并应用于葡萄糖的无酶检测中（如图 1.4）。实验所获得的独特三维结构 NiCo2O4碳纳米纤维复合材料具有良好的结晶性能在碳纳米纤维骨架上均匀地生长 NiCo2O4纳米管，得益于具有良好分iCo2O4和具有良好导电性碳纳米纤维网络的协同效应。该碳纳米纤维复 0.005～19.175 mM 的检测范围内，电流响应和葡萄糖浓度之间具有很好系，线性相关系数为 0.998。以及对葡萄糖检测灵敏度为 1947.2 μA·mM 1·极限为 1.5 μM（S/N=3）。此外，还测试了该传感器在实际血清样本中的，取得了满意的效果。该研究表明，三维 NiCo2O4碳纳米纤维是一种具传感潜力的独特材料。
本文编号：3506329
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