納米功能復(fù)合材料的制備及其在生物傳感中的應(yīng)用研究.pdf

1、近幾年，隨著納米技術(shù)研究的不斷深入，納米復(fù)合材料在人類的生活和生產(chǎn)中正顯示出不可替代的重要作用。納米復(fù)合材料不僅具有納米材料本身的大比表面積、高導(dǎo)電性、強機械性能等特點，還具有較高的催化活性、較強的吸附能力、良好的生物相容性等優(yōu)點，在廣泛查閱大量相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，圍繞納米材料在電致化學(xué)發(fā)光、光致電化學(xué)及電化學(xué)傳感器中的應(yīng)用，針對生物傳感器構(gòu)建的關(guān)鍵環(huán)節(jié)即生物傳感界面的構(gòu)建和信號標記放大策略，本研究論文在微流控功能紙基材上引入了一系列不同

2、形貌和結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料，包括量子點、納米金、碳納米管等功能復(fù)合材料，實現(xiàn)了微流控功能復(fù)合紙基材的高靈敏分析方法的建立。制備了魯米諾-Au納米、三聯(lián)吡啶釕-石墨烯等功能分子組裝材料，并將這些納米復(fù)合材料與生物功能大分子進行組裝，例如抗體與適配體等，達到提高傳感器選擇性、延長傳感器使用壽命等目的，以滿足臨床診斷、環(huán)境監(jiān)測等應(yīng)用的需要。
　　1.多孔CdS量子點-碳納米管復(fù)合功能紙基材的制備及光致電化學(xué)傳感應(yīng)用研究
　　將光致電

3、化學(xué)分析方法與微流控功能復(fù)合紙基材結(jié)合，通過蠟打印技術(shù)，構(gòu)建實現(xiàn)低成本、簡單、便攜、易處理的光致電化學(xué)功能紙基材。對光致電化學(xué)功能紙基材進行復(fù)合處理，在纖維素纖維表面原位修飾制備CdS量子點-碳納米管復(fù)合材料。該光致電化學(xué)功能復(fù)合紙基材以魯米諾-金納米粒子復(fù)合材料為內(nèi)部光源，以數(shù)字萬用表為外部終端光電流檢測設(shè)備?？疾炝嗽摴庵码娀瘜W(xué)功能復(fù)合紙基材的光電流響應(yīng)。與傳統(tǒng)平面電極相比，在內(nèi)光源與外光源模式下均觀察到光致電化學(xué)功能復(fù)合紙基材對光電

4、流的增強效應(yīng)。為進一步放大光電流信號，設(shè)計制備了固態(tài)超級紙電容器，并將其集成到光致電化學(xué)功能復(fù)合紙基材上，以收集并存儲產(chǎn)生的光電流。存儲在固態(tài)超級紙電容器內(nèi)的電能可以通過數(shù)字萬用表短路法瞬間釋放出來，并得到放大的光電流（大約放大了13倍），并可被數(shù)字萬用表檢測。該光致電化學(xué)功能復(fù)合紙基材摒棄了昂貴復(fù)雜的電化學(xué)工作站檢測機制，并獲得比直接光電流檢測更高的靈敏度。最后，在該光致電化學(xué)功能復(fù)合紙基材內(nèi)構(gòu)建了夾心式適配體傳感界面用于人血清中三磷

5、酸腺苷的檢測，線性范圍為1.0pmol/L至1.0nmol/L，檢測限為0.2pmol/L。最后考察了該光致電化學(xué)功能復(fù)合紙基材的重現(xiàn)性、特異性與穩(wěn)定性。
　　2.多孔半導(dǎo)體聚合物-納米金復(fù)合功能紙基材的制備及其電化學(xué)傳感應(yīng)用
　　通過自催化還原生長方法，在纖維素紙纖維表面原位生長制備納米金導(dǎo)電層，形成微流控功能紙基材上的多孔金紙電極。由于紙的多孔性與大表面積以及金納米粒子的高導(dǎo)電性，多孔金紙電極極大地提高了紙電極的有效表面

6、積和檢測靈敏度。隨后，在多孔金紙電極內(nèi)部的導(dǎo)電紙纖維表面電聚合制備分子印跡聚合物，在微流控功能紙基材上引入分子印跡技術(shù)?；谝陨现苽涞姆肿佑≯E修飾多孔金紙電極和折紙原理，進一步構(gòu)建了分子印跡電化學(xué)功能復(fù)合紙基材用于檢測D-谷氨酸。該功能復(fù)合紙基材由一個輔助功能卡和四個樣品功能片構(gòu)成。檢測線性范圍為1.2nmol/L至125.0nmol/L?？疾炝朔肿佑≯E電化學(xué)功能復(fù)合紙基材的選擇性、重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。該分子印跡電化學(xué)功能復(fù)合紙基材為發(fā)展中

7、國家的疾病診斷、公眾健康、環(huán)境檢測等提供了一種靈敏的、特異的、高通量的手段。
　　3.電致化學(xué)發(fā)光復(fù)合紙基材的制備及其無線電泳傳感應(yīng)用研究
　　將CdS量子點-碳納米管復(fù)合材料通過靜電層層修飾技術(shù)，組裝到紙纖維素纖維表面。利用CdS的電致化學(xué)發(fā)光特性，首次將微流控功能紙基材與電泳分離技術(shù)結(jié)合，制備了一種低成本、簡單、便攜、易處理的微流控電致化學(xué)發(fā)光電泳紙基材。設(shè)計制備柱上銅-金復(fù)合雙極電極，實現(xiàn)微流控電致化學(xué)發(fā)光電泳紙基材上

8、的無線電致化學(xué)發(fā)光檢測。該微流控電致化學(xué)發(fā)光電泳紙基材可在六分鐘內(nèi)將絲氨酸、天冬氨酸與賴氨酸完全分離，分離電壓僅為330V。本文還設(shè)計制備了一種新型的自制整流器，采用家用電源即可實現(xiàn)上述分離電壓。優(yōu)化實驗條件后可得到較高的檢測靈敏度。三種氨基酸的檢測限分別為:13pmol/L（絲氨酸），34pmol/L（天冬氨酸），0.17nmol/L（賴氨酸）。三種氨基酸電泳譜圖的峰高與遷移時間的精密度分別為＜5.0％、≤1.5％。該電致化學(xué)發(fā)光電泳

9、紙基材提供了一種快速、集成、自動化的多組分分離與檢測方法。
　　4.菱形二氧化鈦納米晶復(fù)合材料的制備以及在光致電化學(xué)傳感器中的應(yīng)用
　　在無水乙醇中，通過溶劑熱的方法制備高結(jié)晶性的菱形二氧化鈦納米晶。在菱形二氧化鈦納米晶修飾的氧化銦錫導(dǎo)電玻璃上覆蓋殼聚糖層后，將抗癌胚抗原抗體通過戊二醛交聯(lián)共價修飾到電極表面。采用三聯(lián)吡啶釕配合物作為光致電化學(xué)光電流信號分子，抗壞血酸作為自犧牲電子供體，在菱形二氧化鈦納米晶復(fù)合材料修飾的氧化銦

10、錫導(dǎo)電玻璃上構(gòu)建了一種新型的光致電化學(xué)免疫傳感器。為了進一步增強該傳感器在紫外及可見光區(qū)內(nèi)的光電流強度，合成制備了三聯(lián)吡啶釕配合物-還原石墨烯納米復(fù)合材料(Ru-RGO)，其中三聯(lián)吡啶釕配合物作為電子供體，還原石墨烯作為電子受體，加速光生電子-空穴的分離并抑制其復(fù)合。借助免疫反應(yīng)帶來的光電流信號變化，實現(xiàn)了光致電化學(xué)免疫傳感器測定癌胚抗原。其光電流強度與癌胚抗原濃度的對數(shù)成線性關(guān)系，線性范圍為0.1pg/mLto100ng/mL，檢測限

11、為0.059pg/mL。另外該光致電化學(xué)免疫傳感器還表現(xiàn)出了較高的靈敏度、穩(wěn)定性、重現(xiàn)性，并為免疫分析開辟了一條新的出路。
　　5.量子點-二氧化鈦復(fù)合薄膜的溶膠凝膠制備與性能研究
　　本工作研究了一種新型的CdTe量子點-二氧化鈦復(fù)合溶膠凝膠膜的制備方法。制備了以巰基乙酸為保護劑的水溶性CdTe量子點，熒光發(fā)射顏色分別為綠色、黃色和紅色。在最佳制備條件下，水溶性CdTe量子點表現(xiàn)出較高的熒光效率。通過控制鈦酸四丁酯在乙醇與

12、聚乙烯基吡咯烷酮溶液中的水解，制備TiO2溶膠。在TiO2溶膠中加入二乙醇胺以防止CdTe量子點的表面缺陷猝滅。將CdTe量子點嵌入TiO2溶膠膜后，由于CdTe量子點與TiO2之間的相互作用，導(dǎo)致CdTe量子點熒光強度降低。與溶液中的CdTe量子點相比，TiO2溶膠膜內(nèi)的CdTe量子點熒光發(fā)射峰發(fā)生輕微藍移，且藍移量取決于量子點的性質(zhì)。紅光量子點發(fā)生峰藍移量為1nm，而綠光量子點發(fā)生峰藍移量為7nm，表明紅光量子點具有較高的穩(wěn)定性，且