Ni-MOF衍生复合材料的制备及其葡萄糖无酶传感性能研究
发布时间：2021-02-14 20:55
目前,随着糖尿病患者的增多,市场上对葡萄糖传感器的需求在不断增加。在酶传感器稳定性不足的情况下,葡萄糖无酶电化学传感器的发展备受关注。电极材料是影响葡萄糖无酶传感器性能的主要因素。因此,制备合成过程简单、灵敏度高、选择性和稳定性好的葡萄糖无酶传感器电极材料是研究重点。近年来,金属有机骨架化合物（MOFs）及其衍生材料在葡萄糖无酶传感方面表现出巨大的潜力。本硕士论文工作针对目前制备的MOFs材料存在导电性及在水溶液中结构稳定性不佳的问题,选用两种含镍MOFs,从调控MOFs成分及其结构优化着手,在MOFs衍生物合成方面开展了系列研究工作,获得了具有高催化活性和高导电的MOFs衍生物,为新型葡萄糖无酶传感电极材料的制备提供了实验基础和理论依据。主要研究成果如下:（1）通过油浴法合成了具有六棱柱结构的Ni2（BDC）2TED,并以其为前驱体,通过退火处理合成了镍/氧化镍纳米颗粒均匀分布在氮掺杂碳框架的MOFs衍生纳米碳（Ni/NiO/NC）复合材料。研究表明,通过控制退火温度可实现纳米复合物结构和成分的可控调节。电化学分析结果表明,退火温度为400℃时所得Ni/NiO/NC-400复合材料具...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１典型生物传感器的组件［１５］
传感器，其中耗氧量是根据葡萄糖在氧气存在下的催化氧化来监测的。随着??背景氧含量的变化，Ｕｐｄｉｋｅ和ＨｉｃｋｓｔＷ首次将葡萄糖氧化酶（ＧＯｘ）固定在氧电??极上的凝胶中，并对背景氧含量进行了校正，测定了生物体液中的葡萄糖浓度。??Ｇｕｉｂａｕｌｔ与１＾１）１＾１１（＾４］于１９７３年开发了第一代酶基葡萄糖电流型传感器，它用阳??极法分析了过氧化氢的生成，避免了变化较大的氧还原电流。自此，葡萄糖传感??器领域得到迅速发展。迄今为止，科学家们己经发展了三代酶基葡萄糖电化学传??感器，如图１．２所示：??／?ａｃｋ，ｘ?＼??Ａ＂／＼??／ｓ＼??／＾ｓＶＦＡＤｙＨ＼?＇?＾ｙｆａｄｈ?Ｙｓ＾＼??／?Ａ?ｏ?Ａ?Ａ?＼??图１．２三代酶基葡萄糖电化学传感器反应原理示意图［２５］。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｈｒｅｅ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓ?ｆｏｒ?ｅｎｚｙｍａｔｉｃ??ｇｌｕｃｏｓｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｓｅｎｓｏｒ＾２５１．??１．３．１第一代＿基葡萄糖电化学传感器??第一代酶基葡萄糖传感器建立在葡萄糖氧化酶（ＧＯｘ）氧化还原的基础上，??反应原理如图１．３所示。将天然介质氧气用作电子传输媒介，在葡萄糖存在时，??ＧＯｘ（ＦＡＤ）与葡萄糖发生还原反应，生成ＧＯｘ（ＦＡＤＨ２）和葡萄糖酸内酯；接着，??ＧＯｘ（ＦＡＤＦｂ）与氧气发生氧化反应，ＧＯｘ（ＦＡＤＨ２）被氧化成ＧＯｘ（ＦＡＤ），同时生成??过氧化氢；过氧化氢在铂片电极上发生氧化反应生成氧气，为ＧＯｘ的氧化还原??反应提供氧气，反应过程如式（１－２
山东大学硕士学位论文??或过氧化氢浓度的增加成正比。此外，葡萄糖浓度测定还有两种方法：使用ｐＨ??传感器测量葡萄糖酸的产量，或用过氧化物传感器测量过氧化氢的产生［２６］。??Ｇｌｕｃｏｌａｃｔｏｎｅ?＜???ｏｒ?Ｈ??—乂ＨＡ?Ｊ—?ｊ??ＧＯｘ??图１．３第一代酶基葡萄糖传感器原理图［２７］。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｉｒｓｔ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｅｎｚｙｍａｔｉｃ?ｇｌｕｃｏｓｅ?ｓｅｎｓｏｒｓ［２７］．??酶层：Ｇｌｕｃｏｓｅ?＋?ＧＯｘ（ＦＡＤ）?—?Ｇｌｕｃｏｌａｃｔｏｎｅ?＋?Ｇ０ｘ（ＦＡＤＨ２）?（１－２）??０２?＋?ＧＯｘ（ＦＡＤＨ２）?Ｈ２Ｏ２?＋?ＧＯｘ（ＦＡＤ）?（１－３）??电极：Ｈ２Ｏ２?￣￣＞?２Ｈ２Ｏ?＋?Ｏ２?＋?２ｅ＂?（１－４）??第一代酶基葡萄糖生物传感器电极最大的优点是结构简单，易实现电极微型??化。它的应用也存在两个局限性：一是葡萄糖传感器的响应与溶液中的氧气浓度??直接相关，在真实血液样本中没有足够的氧气来有效维持葡萄糖的氧化，从而限??制了酶的反应；二是过氧化氢检测需要较高的检测电位，而血液中电活性物质（如??ＡＡ、ＵＡ等）的氧化电位区间与过氧化氢的氧化电位区间相同，在较高的检测电??位下电活性物质也会被氧化，因此电活性物质的存在会干扰葡萄糖浓度的测定。??１．３．２第二代酶基葡萄糖电化学传感器??第二代酶基葡萄糖传感器建立在介体型葡萄糖氧化酶（ＧＯｘ）电极的基础上，??反应原理如图１．４所示，其中１＾＾和Ｍｒｅｄ＊别代表人造媒介体的氧化态和还原??态。利用人造媒介体（如：二茂铁衍生物、铁氰化
本文编号：3033846
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１典型生物传感器的组件［１５］
传感器，其中耗氧量是根据葡萄糖在氧气存在下的催化氧化来监测的。随着??背景氧含量的变化，Ｕｐｄｉｋｅ和ＨｉｃｋｓｔＷ首次将葡萄糖氧化酶（ＧＯｘ）固定在氧电??极上的凝胶中，并对背景氧含量进行了校正，测定了生物体液中的葡萄糖浓度。??Ｇｕｉｂａｕｌｔ与１＾１）１＾１１（＾４］于１９７３年开发了第一代酶基葡萄糖电流型传感器，它用阳??极法分析了过氧化氢的生成，避免了变化较大的氧还原电流。自此，葡萄糖传感??器领域得到迅速发展。迄今为止，科学家们己经发展了三代酶基葡萄糖电化学传??感器，如图１．２所示：??／?ａｃｋ，ｘ?＼??Ａ＂／＼??／ｓ＼??／＾ｓＶＦＡＤｙＨ＼?＇?＾ｙｆａｄｈ?Ｙｓ＾＼??／?Ａ?ｏ?Ａ?Ａ?＼??图１．２三代酶基葡萄糖电化学传感器反应原理示意图［２５］。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｈｒｅｅ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓ?ｆｏｒ?ｅｎｚｙｍａｔｉｃ??ｇｌｕｃｏｓｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｓｅｎｓｏｒ＾２５１．??１．３．１第一代＿基葡萄糖电化学传感器??第一代酶基葡萄糖传感器建立在葡萄糖氧化酶（ＧＯｘ）氧化还原的基础上，??反应原理如图１．３所示。将天然介质氧气用作电子传输媒介，在葡萄糖存在时，??ＧＯｘ（ＦＡＤ）与葡萄糖发生还原反应，生成ＧＯｘ（ＦＡＤＨ２）和葡萄糖酸内酯；接着，??ＧＯｘ（ＦＡＤＦｂ）与氧气发生氧化反应，ＧＯｘ（ＦＡＤＨ２）被氧化成ＧＯｘ（ＦＡＤ），同时生成??过氧化氢；过氧化氢在铂片电极上发生氧化反应生成氧气，为ＧＯｘ的氧化还原??反应提供氧气，反应过程如式（１－２
山东大学硕士学位论文??或过氧化氢浓度的增加成正比。此外，葡萄糖浓度测定还有两种方法：使用ｐＨ??传感器测量葡萄糖酸的产量，或用过氧化物传感器测量过氧化氢的产生［２６］。??Ｇｌｕｃｏｌａｃｔｏｎｅ?＜???ｏｒ?Ｈ??—乂ＨＡ?Ｊ—?ｊ??ＧＯｘ??图１．３第一代酶基葡萄糖传感器原理图［２７］。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｉｒｓｔ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｅｎｚｙｍａｔｉｃ?ｇｌｕｃｏｓｅ?ｓｅｎｓｏｒｓ［２７］．??酶层：Ｇｌｕｃｏｓｅ?＋?ＧＯｘ（ＦＡＤ）?—?Ｇｌｕｃｏｌａｃｔｏｎｅ?＋?Ｇ０ｘ（ＦＡＤＨ２）?（１－２）??０２?＋?ＧＯｘ（ＦＡＤＨ２）?Ｈ２Ｏ２?＋?ＧＯｘ（ＦＡＤ）?（１－３）??电极：Ｈ２Ｏ２?￣￣＞?２Ｈ２Ｏ?＋?Ｏ２?＋?２ｅ＂?（１－４）??第一代酶基葡萄糖生物传感器电极最大的优点是结构简单，易实现电极微型??化。它的应用也存在两个局限性：一是葡萄糖传感器的响应与溶液中的氧气浓度??直接相关，在真实血液样本中没有足够的氧气来有效维持葡萄糖的氧化，从而限??制了酶的反应；二是过氧化氢检测需要较高的检测电位，而血液中电活性物质（如??ＡＡ、ＵＡ等）的氧化电位区间与过氧化氢的氧化电位区间相同，在较高的检测电??位下电活性物质也会被氧化，因此电活性物质的存在会干扰葡萄糖浓度的测定。??１．３．２第二代酶基葡萄糖电化学传感器??第二代酶基葡萄糖传感器建立在介体型葡萄糖氧化酶（ＧＯｘ）电极的基础上，??反应原理如图１．４所示，其中１＾＾和Ｍｒｅｄ＊别代表人造媒介体的氧化态和还原??态。利用人造媒介体（如：二茂铁衍生物、铁氰化
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