基于納米材料構(gòu)建的生物傳感器應(yīng)用于多組分小分子檢測的研究.pdf

1、生物小分子在人體新陳代謝及生命過程中起著重要作用，與人類的健康息息相關(guān)，快速、靈敏的同時檢測生物小分子對研究人類的生理功能和疾病早期診斷具有重要意義。電化學(xué)檢測手段因其選擇性好、靈敏度高、操作簡單、成本低等優(yōu)勢引起人們的關(guān)注并用于生物小分子的檢測。然而，固體電極不具備分子識別功能，且許多物質(zhì)在裸電極上具有較高的過電位，難以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)分子同時檢測。為滿足快速、靈敏、準(zhǔn)確、高效檢測，就必須在裸電極上人工設(shè)計(jì)制作具有特殊功能的表面微結(jié)構(gòu)，用以

2、實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物的選擇性檢測，提高電極的靈敏度和準(zhǔn)確性。
　　納米材料具有獨(dú)特的光、電、磁及化學(xué)性質(zhì)，表面富含各種官能團(tuán)表現(xiàn)出良好生物相容性，能保持生物分子活性，使其在構(gòu)建高靈敏、高通量、高穩(wěn)定電化學(xué)生物傳感器方面表現(xiàn)出巨大潛力。而復(fù)合納米材料將不同性質(zhì)的多種材料結(jié)合在一起，使得在一種材料上兼具多種特殊功能或優(yōu)化、突出原來材料的優(yōu)良性能。由于復(fù)合材料聚集了多種納米材料的優(yōu)良性能，為構(gòu)建新型電化學(xué)生物傳感器的研究開辟了更為廣闊的領(lǐng)域?；?/p>

3、于以上分析，本文利用成膜性好、適合水相體系復(fù)合納米材料，構(gòu)建界面組裝簡單可控的新型小分子生物傳感器，用于在同一敏感界面同時檢測多種生物小分子。具體研究如下:
　　1.基于La-MWCNTs納米復(fù)合物構(gòu)建同時檢測多巴胺、抗壞血酸、尿酸和亞硝酸根離子傳感器的研究
　　基于碳納米管(CNTs)所構(gòu)建的電化學(xué)生物傳感器具有靈敏度高，穩(wěn)定性好，線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。但純凈的CNTs在有機(jī)溶劑和水中都表現(xiàn)了很差的溶解性，限制了其在傳感器中的

4、應(yīng)用。本工作通過簡單的方法制備La-MWCNTs復(fù)合物，在一定程度上善了MWCNTs的水溶性，其良好的成膜性使得修飾電極表面變得疏松多孔，從而有利于氧化電位相近的小分子識別。與MWCNTs修飾電極相比La-MWCNTs/GCE對同時檢測AA、DA、UA和NO2-具有更優(yōu)的響應(yīng)信號且能最大限度的分離它們。同時La-MWCNTs表面所帶有活性基團(tuán)能有效降低電化學(xué)氧化產(chǎn)物的殘留問題。有助于增強(qiáng)電極的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。
　　2.合成具有管狀

5、結(jié)構(gòu)的GS-PTCA復(fù)合納米材料構(gòu)建同時檢測抗壞血酸、多巴胺、尿酸和色氨酸傳感器的研究
　　石墨烯(GS)是另一種重要的碳材料,相比與碳納米管，石墨烯具有更高的電子傳輸速率，良好的導(dǎo)電性和電化學(xué)穩(wěn)定性，使其成為設(shè)計(jì)新型傳感器有潛力的納米材料。為增強(qiáng)GS的水溶性，以富含羧基官能團(tuán)且較高的結(jié)晶度與較小的分子間隙的苝四甲酸(PTCA),在超聲作用下通過π-π堆積作用將GS與PTCA結(jié)合在一起獲得具有管狀結(jié)構(gòu)的GS-PTCA復(fù)合納米材料。

6、由于GS-PTCA復(fù)合納米材料表面帶有大量羧基官能團(tuán)，大大增強(qiáng)了GS的水溶性，進(jìn)而優(yōu)化石墨烯的在傳感器上的性能。此外由于大量的羧酸官能團(tuán)附著在電極表面，可以通過氫鍵作用提供一個對AA、DA、UA和Trp選擇性界面。加之π-π鍵作用使得DA和其它小分子在GS-PTCA的電化學(xué)行為不同，有利于多組分小分子的同時檢測。對比其它修飾電極，GS-PTCA修飾的玻碳電極對同時檢測AA、DA、UA和Trp表現(xiàn)出較高的催化活性及選擇性。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究表明，

7、該傳感器構(gòu)建方法簡單，大大提高了傳感器應(yīng)用于同時檢測多組分小分子的選擇性。
　　3.基于沉積金/苝四甲酸衍生物復(fù)合材料構(gòu)建同時檢測抗壞血酸、多巴胺和尿酸傳感器的研究
　　通過水解苝四甲酸二酐(PTCDA)制得的芳香族化合物苝四甲酸(PTCA)，由于其具有導(dǎo)電性、大的表面積和多孔的納米結(jié)構(gòu)而成為一種理想的電極修飾納米材料。與純凈的碳納米管和石墨烯相比，PTCA表面帶有大量的活性基團(tuán)，不僅水溶性好且有利于進(jìn)一步功能設(shè)計(jì)。首先以苝

8、四甲酸(PTCA)和L-半胱氨酸(Cys)作為原料制備得到納米復(fù)合物(PTCA-Cys)滴涂于玻碳電極表面。然后在其表面沉積上一層納米金，制備出DpAu/PTCA-Cys修飾的玻碳電極。PTCA-Cys納米膜不僅能夠提供巰基功能化的傳感界面，還能在電極上形成一層穩(wěn)定的具有表面疏松多孔的薄膜。多孔的表層結(jié)構(gòu)能有效的分散金屬納米粒子并且產(chǎn)生額外的催化位點(diǎn)，這對于區(qū)分氧化峰電位相近的小分子十分有利。使得修飾電極對抗壞血酸(AA)、多巴胺(DA