直立生長TiO-,2-納米管-碳納米線鑲嵌電極的構(gòu)筑與生物電化學傳感.pdf

1、直立生長TiO2納米管陣列電極具有高度有序、均一的直立管道結(jié)構(gòu)、大比表面積、良好的吸附性能、親水性能、生物兼容性，以及化學穩(wěn)定性，可作為生物大分子固定化的優(yōu)良載體，但其不良的導電性限制了其在電化學傳感器方面的性能。而碳材料是在生物傳感器研究中應用最廣泛的電極材料之一，具有良好的生物兼容性，又易于和生物分子相互作用，形成牢固的共價鍵，此外碳材料導電性能好，具有良好的電化學性能。本文將TiO2納米管電極與碳材料相結(jié)合，構(gòu)筑了TiO2納米管/

2、碳納米線鑲嵌電極，該新型電極界面為生物大分子的固定化和電荷傳遞提供了理想的平臺。研究了生物大分子例如血紅蛋白（Hb）和DNA在電極上的直接電化學行為，利用這一生物電化學響應技術(shù)制備出電化學生物傳感器，并用于環(huán)境污染物的分析檢測，為實用性納米材料電極在環(huán)保上的應用提供了新材料和理論研究基礎(chǔ)。 采用陽極氧化方法在Ti基體表面制備了直立生長TiO2納米管陣列電極，通過電化學還原的預處理手段，在不破壞TiO2納米管陣列結(jié)構(gòu)的前提下，有效

3、地改善了電極的導電性能，并將其作為生物分子固定化的基體材料。結(jié)果表明，這種TiO2納米管陣列結(jié)構(gòu)材料表面非常易于實現(xiàn)Hb的固定化。在進一步研究Hb的直接電化學氧化還原行為的基礎(chǔ)上，將電極應用于生物傳感器的研究中，實現(xiàn)了對H2O2的電化學傳感響應。因此，作為生物兼容性基體材料，TiO2納米管陣列電極有望在生物直接電化學和傳感器方面得到更多的應用。 基于上述的研究基礎(chǔ)，本文提出了在納米管中組裝導電性良好的碳納米線，構(gòu)筑TiO2納米管

4、/碳納米線鑲嵌電極，這種雜化組裝有效地克服了TiO2納米管電極導電性能不良的缺點。采用吸附法在電極表面上實現(xiàn)了Hb的固定化，吸附量是未摻雜碳電極的兩倍多，且Hb能夠保持良好的生物活性。進一步采用循環(huán)伏安法研究了固定化Hb與電極間的直接電子傳遞，結(jié)果表明，TiO2納米管/碳納米線鑲嵌電極上Hb的直接電子轉(zhuǎn)移得到了促進。同時，將電極作為生物電化學傳感器實現(xiàn)了對H2O2的分析檢測，具有良好的線性檢測范圍，檢測限為3．1×10-8mol/L。因

5、此，碳的摻雜有效地提高了TiO2納米管在生物電化學方面的性能，所構(gòu)筑的TiO2納米管/碳納米線鑲嵌電極作為新型傳感器材料，在生物傳感器的開發(fā)與應用上具有很好的前景。 為此，基于TiO2納米管/碳納米線鑲嵌電極開展了DNA電化學傳感器高靈敏度高選擇性測定Pb2+的研究。采用涂敷法在TiO2納米管/碳納米線鑲嵌電極表面上實現(xiàn)了小牛胸腺dsDNA的固定化，并采用微分脈沖伏安法研究了DNA在該電化學界面的直接電化學行為。研究結(jié)果表明，T

6、iO2納米管/碳納米線鑲嵌電極上DNA與電極間的電子傳遞得到了促進，從而使DNA的鳥嘌呤核苷和腺嘌呤核苷的氧化電位降低，更易于被氧化。在此基礎(chǔ)上構(gòu)筑了電化學傳感器，采用恒電位富集和微分脈沖陽極溶出伏安法實現(xiàn)了Pb2+的分析檢測，在優(yōu)化了各實驗參數(shù)的條件下，具有良好的線性檢測范圍，檢測限為3．3×10-11mol/L，檢測靈敏度高。研究發(fā)現(xiàn)，在Cu2+、Cd2+和Zn2+其它重金屬離子存在的情況下，該DNA電化學傳感器仍然能夠?qū)崿F(xiàn)對Pb2