基于納米材料修飾的化學(xué)修飾電極及免疫傳感器的研究.pdf

1、納米材料有“21世紀(jì)最有前途的材料”的美譽(yù)，當(dāng)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元小到納米數(shù)量級時，其突出的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)引發(fā)光、電、熱、機(jī)械和化學(xué)性質(zhì)等性能發(fā)生突變，具有常規(guī)材料不具備的優(yōu)越性能。由于納米材料的量子尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，其表面的價態(tài)和電子態(tài)都與內(nèi)部不同，導(dǎo)致表面活性位點增加會對某些物質(zhì)的電化學(xué)行為產(chǎn)生特有的催化效應(yīng)，將其修飾在電極上，可以提高檢測的靈敏度和選擇性。 化學(xué)修飾電極和以此為基礎(chǔ)的電化學(xué)

2、生物傳感器是現(xiàn)代分析化學(xué)的重要研究方向之一，在化學(xué)、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)和環(huán)境等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。生物傳感器是用固定化的生物活性成分為敏感元件與適當(dāng)?shù)哪芰哭D(zhuǎn)換器件結(jié)合而成的傳感裝置，用以測定一種或幾種分析物的含量。納米材料的介入為生物傳感器的發(fā)展提供了很大空間，具有納米結(jié)構(gòu)的材料用于蛋白質(zhì)分子的固定，可以增加生物活性物質(zhì)的催化活性，提高電極的響應(yīng)電流值。與傳統(tǒng)的傳感器相比，基于納米材料的新型傳感器具有高的靈敏度和選擇性，同時傳感器的響應(yīng)速度也

3、會得到提高并且可以實現(xiàn)實時監(jiān)測分析。本論文是基于納米材料構(gòu)建幾種電化學(xué)生物傳感器。 本論文主要分以下兩部分的研究內(nèi)容： 第一部分：基于吡咯納米線—銅的納米復(fù)合物修飾電極對過氧化氫的電催化還原 近年來，一維納米材料(納米線、納米棒、納米管)相繼被發(fā)現(xiàn)，為傳感器的發(fā)展提供了新的思路。聚吡咯納米線就是吡咯在聚合過程中直接形成的一種具有線形形貌的一維納米材料。其特殊的表面結(jié)構(gòu)有利于納米粒子的介入。本項研究首先用電化學(xué)方法

4、制備了吡咯納米線修飾電極，再通過電聚合的方法將銅納米粒子修飾在電極上，從而形成吡咯納米線—銅納米復(fù)合物。實驗表明該傳感器對過氧化氫有良好的催化性能。在最優(yōu)的實驗條件下，該傳感器的響應(yīng)電流與H2O2的濃度在7.0×10-6～4.3×10-3mol/L范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，檢出限為2.3×10-6mol/L。該體系不僅制備方法簡單、靈敏度高，而且克服了生物傳感器由于修飾在電極表面的酶容易變質(zhì)，脫落而使電極的壽命短等缺點。 第二部

5、分：基于聚吡咯、碳納米管和納米碳酸鈣、納米金修飾的免疫傳感器的研究 1．碳酸鈣是一種具有良好的生物相容性的自然礦物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、技術(shù)、醫(yī)學(xué)和生物等相關(guān)領(lǐng)域。納米級的碳酸鈣比普通的碳酸鈣有比表面積大等優(yōu)良的性質(zhì)，已被證明能用于固定酶等生物分子的載體。該研究項目同時利用納米碳酸鈣、納米金艤層納米粒子為生物分子提供良好的生物環(huán)境，這兩種材料都具有良好的生物兼容性，納米金有很強(qiáng)的吸附能力，能保持生物分子的活性?；诖?，在裸玻碳電極

6、上電沉積一層普魯士藍(lán)，之后在普魯七藍(lán)層上通過靜電作用固定納米碳酸鈣，其產(chǎn)生了一個具有強(qiáng)吸附能力的帶有正電荷的界面，接著在這個界面上沉積納米金層，最后用納米金層去固定抗體，從而制備了癌胚抗原(CEA)免瘦傳感器。在最優(yōu)的實驗條件下，用循環(huán)伏安法對CEA進(jìn)行檢測，該傳感器的峰電流差(抗原一抗體結(jié)合前后的電流差)與CEA的濃度在0.3-20ng/mL，和20-100ng/mL．兩個范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。 2．由于制備免疫傳感器一般使用的媒

7、介體容易脫落，為了解決這個問題，設(shè)計了無媒介體的安培免疫傳感器。該實驗方案首先在電極上滴涂一層十二烷基磺酸鈉(SDS)分散的碳納米管，電極表面帶有負(fù)電荷，通過電化學(xué)方法在修飾電極的表面聚合吡咯，在一定條件下聚合的吡咯帶有正電荷，靜電吸附作刖使得電極更穩(wěn)定，并且吡咯在碳納米管上聚合后呈現(xiàn)一對良好的氧化還原峰，然后電沉積氯金酸，從而在電極表面形成一層致密的納米金，用于固定前列腺(PSA)抗體，制得PSA免疫傳感器。在最優(yōu)的實驗條件下，用循環(huán)