基于石墨烯的乳酸传感器研究

发布时间：2017-05-21 17:05

  本文关键词：基于石墨烯的乳酸传感器研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：乳酸是人体内糖类无氧代谢的关键产物,在疾病的诊断和治疗、科学运动管理中有重要意义。因此构建一种可实现快速检测的、低成本、一次性乳酸传感器是很必要的。石墨烯,一种具有超大比表面积的新型纳米材料,表现出高导电性和优良的生物相容性,被广泛运用在高性能电化学传感器的研究中。本文的研究目标就是利用碳糊电极构建一种低成本的乳酸传感器,并在此基础上,利用石墨烯的优良导电性构建一种石墨烯增强的高灵敏度、快速响应的乳酸传感器。本文首先制备了一种以碳糊电极为基底的乳酸传感器。优化了该乳酸传感器的制备、工作参数,并测试了在最优工作参数下该传感器的性能。在最优工作条件下,以碳糊电极为基底的乳酸传感器的灵敏度为1.85μA·mM-1,在1mM-15mM范围内表现出较好的线性性,最低检测限为0.63mM,有较好的一致性、抗干扰性,基本满足了快速床边检测乳酸的检测要求。本文还进一步研制了石墨烯修饰的乳酸传感器。首先,确定了在碳糊电极上修饰石墨烯所用的修饰方法,对该石墨烯修饰方法的操作参数进行了优化,通过扫描电子显微镜、循环伏安法等手段对电极的结构和性能进行了表征,结果表明石墨烯修饰的碳糊电极具有更快的电子传递速度。之后,基于石墨烯修饰的碳糊电极构建了石墨烯修饰的乳酸传感器,完成了传感器的工作参数优化和最优工作条件下的性能测试。经测试,石墨烯修饰的乳酸传感器的具有高灵敏度(2.38μA·mM-1)、较好的一致性和线性性,线性检测范围达到0.5mM-15mM,最低检测限达到0.06mM,可以实现对乳酸的快速检测(10s)。本文最后比较了制备的修饰了石墨烯和未修饰石墨烯的两种乳酸传感器的传感器性能,结果表明修饰石墨烯提高了传感器的灵敏度,缩短了响应时间,改善了传感器的一致性,但是传感器的抗干扰性受到了影响。
【关键词】：石墨烯 乳酸传感器 丝网印刷电极 一次性传感器
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 生物传感器11-16
• 1.1.1 生物传感器概述11-12
• 1.1.2 生物传感器的应用12-14
• 1.1.3 电化学生物传感器概述14
• 1.1.4 电流型生物传感器概述14-15
• 1.1.5 电流型生物传感器发展历程15-16
• 1.2 纳米材料在生物传感器中的应用16-22
• 1.2.1 纳米材料概述16-18
• 1.2.2 纳米材料在生物传感器中的功能18-19
• 1.2.3 石墨烯概述19-20
• 1.2.4 石墨烯在生物传感器中的应用20-22
• 1.3 基于纳米材料的乳酸传感器22-26
• 1.3.1 乳酸的检测意义22-23
• 1.3.2 乳酸传感器概述23-25
• 1.3.3 基于纳米材料的乳酸传感器25-26
• 1.4 本文研究内容与工作26-29
• 第二章 实验原理与技术分析29-39
• 2.1 电流型乳酸传感器的构建29-34
• 2.1.1 基底电极29-31
• 2.1.2 乳酸敏感酶31-32
• 2.1.3 酶固定方法32-33
• 2.1.4 人工电子传递剂33-34
• 2.2 石墨烯的制备与修饰方法34-38
• 2.2.1 石墨烯的制备方法34-35
• 2.2.2 氧化石墨烯的还原35-36
• 2.2.3 基于电化学还原的石墨烯修饰36-38
• 2.3 本章小结38-39
• 第三章 无石墨烯修饰的乳酸传感器的制备与优化39-50
• 3.1 引言39
• 3.2 实验部分39-41
• 3.2.1 实验材料和实验仪器39-40
• 3.2.2 乳酸传感器的制备40-41
• 3.2.3 实验过程41
• 3.3 乳酸传感器的参数优化41-46
• 3.3.1 乳酸氧化酶的用量优化41-42
• 3.3.2 铁氰化钾用量优化42-43
• 3.3.3 工作电压优化43-44
• 3.3.4 工作时间优化44-46
• 3.4 优化条件下的乳酸传感器的测试46-48
• 3.4.1 乳酸传感器的电流-浓度校正曲线46-47
• 3.4.2 乳酸传感器的抗干扰性47-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第四章 石墨烯修饰的乳酸传感器研究50-66
• 4.1 引言50-51
• 4.2 石墨烯修饰的碳糊电极的制备与测试51-58
• 4.2.1 实验材料和实验仪器51-52
• 4.2.2 石墨烯修饰的碳糊电极的制备52
• 4.2.3 实验过程52-53
• 4.2.4 还原电位的选择53-54
• 4.2.5 还原时间的优化54-56
• 4.2.6 石墨烯修饰的碳糊电极的扫描电镜图56
• 4.2.7 石墨烯修饰的碳糊电极的电化学特性测试56-58
• 4.3 石墨烯修饰的乳酸传感器的制备与测试58-64
• 4.3.1 实验试剂材料58
• 4.3.2 电极的制备58-60
• 4.3.3 实验过程60
• 4.3.4 石墨烯修饰的乳酸传感器的时间-电流曲线60-61
• 4.3.5 石墨烯修饰的乳酸传感器的工作电位确定61-62
• 4.3.6 石墨烯修饰的乳酸传感器的电流-浓度响应曲线62-63
• 4.3.7 石墨烯修饰的乳酸传感器的抗干扰性63-64
• 4.4 本章小结64-66
• 第五章 石墨烯修饰和无石墨烯修饰的乳酸传感器的性能对比研究66-74
• 5.1 引言66-67
• 5.2 相同工作条件下的性能对比67-70
• 5.2.1 灵敏度、线性度与一致性67-69
• 5.2.2 抗干扰性69-70
• 5.3 工作在各自最优条件下的性能对比70-73
• 5.3.1 灵敏度、线性度与一致性70-71
• 5.3.2 抗干扰性71-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-77
• 6.1 现有工作总结74-75
• 6.2 进一步研究展望75-77
• 参考文献77-85
• 致谢85-86
• 个人简历86-87
• 作者在学期间取得的科研成果87

【参考文献】

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本文编号：384257