基于石墨烯与单原子铁二维材料的动物源性食品安全快速检测研究
发布时间：2021-06-11 15:25
近年来动物源性食品质量问题频出,严重危害了公共卫生安全。而基于二维纳米材料卓越的理化性能开发出的简单、快速及灵敏的检测鉴定技术,对于动物源性食品质量控制具有重大意义。本文主要聚焦于二维石墨烯材料及二维单原子铁催化剂材料,利用二维石墨烯作为沟道材料的电解质栅控石墨烯晶体管（SGGT）实现了肉品冻融品质的快速鉴定,以及以二维单原子铁催化剂（SA-Fe/NG）作为过氧化物酶的比色传感器平台实现了水产品中的Cr（Ⅵ）的快速检测,具体研究内容如下:1、基于电解质栅控石墨烯晶体管检测高铁血红素的机理探究。构建并制备了基于电解质栅控石墨烯晶体管的高铁血红素电化学传感器平台,对其性能进行了表征,并研究了高铁血红素与二维单层石墨烯材料的π-π相互作用及高铁血红素对于石墨烯的n型掺杂作用。2、基于电解质栅控石墨烯晶体管快速识别冻融牛肉。以牛肉渗出液中的高铁血红素损失量来作为判断牛肉冻融品质的重要依据,并以高铁血红素在石墨烯沟道的n型掺杂作用为基础实现了对于高铁血红素的快速检测,传感器对于高铁血红素具有极高的灵敏度,检测限低至10 n M,线性检测范围为100 n M～10μM。传感器对于牛肉渗出液中的某些...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
场效应晶体管结构示意图
牧?的导电率也有明显的提高，在广泛的pH下具有良好的稳定性。（2）电解质栅控无机场效应晶体管主要以无机纳米材料作为半导体沟道，沟道材料主要包括金属氧化物[84]、硅纳米线[85-87]、黑磷[88]、二硫化钼[89]、单壁碳纳米管[90]和二维石墨烯[91]等。相比于其他的无机纳米材料，二维的石墨烯材料由于其极高的载流子迁移率、特有的零带隙能带结构、极高的比表面积、高跨导等特点使其极为适用于场效应晶体管，尤其是近年来对于电解质栅控石墨烯晶体管在生物传感器领域的应用与研究不断深入。1.5.3电解质栅控石墨烯晶体管如图1.2a所示，电解质栅控石墨烯晶体管（SGGT）主要由源极、栅极和漏极三个电极及石墨烯沟道组成，由于电解质溶液替代了传统的场效应晶体管中的绝缘层，使得在栅极/电解质和电解质/沟道界面处形成两个双电子层（图1.2b），相当于两个电容器，这也使得晶体管仅需很小的栅极电压变化就可以调节很大的沟道电流。目前，电解质栅控石墨烯晶体管已被广泛应用于化学传感器领域（例如用于检测pH[92,93]，离子[94]）和生物传感器领域（例如用于检测多巴胺[95,96]，葡萄糖[97,98]，DNA[99,100]和细胞[101,102]），具有着快速、实时、无标签、高灵敏度、高通量等优点。图1.2电解质栅控石墨烯晶体管结构示意图Figure1.2Schematicdiagramofansolution-gatedgraphenetransistor
第二章电解质栅控石墨烯晶体管检测高铁血红素机理探究18图2.1SGGT传感器的转移特性曲线及跨导Figure2.1ThetransfercurvesandtransconductanceofSGGT-basedsensor2.3.2背景溶液响应验证另外实验所采用NaOH溶液来溶解高铁血红素标品制备储备液，因此将高铁血红素储备液添加到电解质溶液中时，亦会产生10μM的NaOH溶液，为了排除此NaOH背景溶液的响应干扰，我们分别从转移曲线变化及实时电流曲线两方面进行验证。如图2.2a所示，添加不同浓度的NaOH溶液（10μM~100μM）并不会像添加高铁血红素那样引起转移曲线的变化，这也从另一方面证明了溶解高铁血红素的背景溶液并未引起石墨烯掺杂状态的改变。另外在VDS=0.05V和VG=0.7V条件下的实时电流响应曲线表明10μM的NaOH并未引起明显的电流变化，而随着添加的高铁血红素浓度增加，沟道电流明显上升，这也进一步排除了背景溶液的影响（如图2.2b）。图2.2SGGT传感器的背景溶液响应验证Figure2.2BackgroundsolutionresponseverificationofSGGT-basedsensor2.3.3高铁血红素与石墨烯沟道相互作用
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于居民营养需求的中长期水产品供给与消费研究[J]. 赵明军,孙慧武,王宇光,刘龙腾,朱雪梅,刘子飞,王小虎. 中国渔业经济. 2019(06)
[2]水产品中重金属的污染现状及其检测技术的研究[J]. 吴嘉文,漆亚乔,苏燕瑜. 农产品加工. 2019(16)
[3]电感耦合等离子体质谱法测定水产品中多种重金属的残留量[J]. 邓华阳,吴燕梅,陈孟君. 惠州学院学报. 2019(03)
[4]食品安全风险交流促进中国肉制品出口的对策研究[J]. 徐向前,张二娟. 现代食品. 2019(09)
[5]基于有机薄膜晶体管与有机电化学晶体管的生物传感器研究进展[J]. 冯晓倩,顾文,张霞,蒋浩. 材料导报. 2019(07)
[6]高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法测定食品中的六价铬含量[J]. 樊祥,程甲,张润何,吴池莹,陆滕翀,霍忆慧,孙诗倩,许权辉. 食品安全质量检测学报. 2018(21)
[7]水产品中重金属污染现状及检测技术与生物修复探讨[J]. 赵莹,庞朔,杨惠宇. 环境与发展. 2018(09)
[8]浅论动物源性产品生产过程中的质量安全控制措施[J]. 李伟祺. 食品安全导刊. 2018(06)
[9]肉制品的质量监管与控制思考[J]. 张世瑞. 食品安全导刊. 2018(03)
[10]水中六价铬离子的检测方法研究[J]. 刘俊文,刘思莹,曹斌. 江西化工. 2017(06)
博士论文
[1]氧化物双电层晶体管及其人造突触和生化传感应用[D]. 刘阳辉.中国科学院宁波材料技术与工程研究所 2016
[2]基于量子点的荧光生物与化学传感器及其食品安全快速检测应用[D]. 徐李舟.浙江大学 2016
本文编号：3224791
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
场效应晶体管结构示意图
牧?的导电率也有明显的提高，在广泛的pH下具有良好的稳定性。（2）电解质栅控无机场效应晶体管主要以无机纳米材料作为半导体沟道，沟道材料主要包括金属氧化物[84]、硅纳米线[85-87]、黑磷[88]、二硫化钼[89]、单壁碳纳米管[90]和二维石墨烯[91]等。相比于其他的无机纳米材料，二维的石墨烯材料由于其极高的载流子迁移率、特有的零带隙能带结构、极高的比表面积、高跨导等特点使其极为适用于场效应晶体管，尤其是近年来对于电解质栅控石墨烯晶体管在生物传感器领域的应用与研究不断深入。1.5.3电解质栅控石墨烯晶体管如图1.2a所示，电解质栅控石墨烯晶体管（SGGT）主要由源极、栅极和漏极三个电极及石墨烯沟道组成，由于电解质溶液替代了传统的场效应晶体管中的绝缘层，使得在栅极/电解质和电解质/沟道界面处形成两个双电子层（图1.2b），相当于两个电容器，这也使得晶体管仅需很小的栅极电压变化就可以调节很大的沟道电流。目前，电解质栅控石墨烯晶体管已被广泛应用于化学传感器领域（例如用于检测pH[92,93]，离子[94]）和生物传感器领域（例如用于检测多巴胺[95,96]，葡萄糖[97,98]，DNA[99,100]和细胞[101,102]），具有着快速、实时、无标签、高灵敏度、高通量等优点。图1.2电解质栅控石墨烯晶体管结构示意图Figure1.2Schematicdiagramofansolution-gatedgraphenetransistor
第二章电解质栅控石墨烯晶体管检测高铁血红素机理探究18图2.1SGGT传感器的转移特性曲线及跨导Figure2.1ThetransfercurvesandtransconductanceofSGGT-basedsensor2.3.2背景溶液响应验证另外实验所采用NaOH溶液来溶解高铁血红素标品制备储备液，因此将高铁血红素储备液添加到电解质溶液中时，亦会产生10μM的NaOH溶液，为了排除此NaOH背景溶液的响应干扰，我们分别从转移曲线变化及实时电流曲线两方面进行验证。如图2.2a所示，添加不同浓度的NaOH溶液（10μM~100μM）并不会像添加高铁血红素那样引起转移曲线的变化，这也从另一方面证明了溶解高铁血红素的背景溶液并未引起石墨烯掺杂状态的改变。另外在VDS=0.05V和VG=0.7V条件下的实时电流响应曲线表明10μM的NaOH并未引起明显的电流变化，而随着添加的高铁血红素浓度增加，沟道电流明显上升，这也进一步排除了背景溶液的影响（如图2.2b）。图2.2SGGT传感器的背景溶液响应验证Figure2.2BackgroundsolutionresponseverificationofSGGT-basedsensor2.3.3高铁血红素与石墨烯沟道相互作用
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于居民营养需求的中长期水产品供给与消费研究[J]. 赵明军,孙慧武,王宇光,刘龙腾,朱雪梅,刘子飞,王小虎. 中国渔业经济. 2019(06)
[2]水产品中重金属的污染现状及其检测技术的研究[J]. 吴嘉文,漆亚乔,苏燕瑜. 农产品加工. 2019(16)
[3]电感耦合等离子体质谱法测定水产品中多种重金属的残留量[J]. 邓华阳,吴燕梅,陈孟君. 惠州学院学报. 2019(03)
[4]食品安全风险交流促进中国肉制品出口的对策研究[J]. 徐向前,张二娟. 现代食品. 2019(09)
[5]基于有机薄膜晶体管与有机电化学晶体管的生物传感器研究进展[J]. 冯晓倩,顾文,张霞,蒋浩. 材料导报. 2019(07)
[6]高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法测定食品中的六价铬含量[J]. 樊祥,程甲,张润何,吴池莹,陆滕翀,霍忆慧,孙诗倩,许权辉. 食品安全质量检测学报. 2018(21)
[7]水产品中重金属污染现状及检测技术与生物修复探讨[J]. 赵莹,庞朔,杨惠宇. 环境与发展. 2018(09)
[8]浅论动物源性产品生产过程中的质量安全控制措施[J]. 李伟祺. 食品安全导刊. 2018(06)
[9]肉制品的质量监管与控制思考[J]. 张世瑞. 食品安全导刊. 2018(03)
[10]水中六价铬离子的检测方法研究[J]. 刘俊文,刘思莹,曹斌. 江西化工. 2017(06)
博士论文
[1]氧化物双电层晶体管及其人造突触和生化传感应用[D]. 刘阳辉.中国科学院宁波材料技术与工程研究所 2016
[2]基于量子点的荧光生物与化学传感器及其食品安全快速检测应用[D]. 徐李舟.浙江大学 2016
本文编号：3224791
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