碳納米管復(fù)合材料的制備及其在生物傳感中的應(yīng)用.pdf

1、自1991年被發(fā)現(xiàn)以來，碳納米管(CNT)因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、大的比表面積、高的傳導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度以及穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，引起了人們的廣泛關(guān)注，已成為富勒烯領(lǐng)域的一個(gè)主要研究熱點(diǎn)，是物理學(xué)、化學(xué)和材料科學(xué)等學(xué)科中最前沿的研究領(lǐng)域之一。另外，由于碳納米管具有優(yōu)良的電學(xué)和力學(xué)性能，被認(rèn)為是復(fù)合材料的理想添加相。碳納米管作為加強(qiáng)相和導(dǎo)電相，在納米復(fù)合材料領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用已成為研究的熱點(diǎn)。本論文主要對(duì)碳納米管復(fù)合材料的制備

2、及其在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用開展了研究和探索。 第一章：簡(jiǎn)單概述了生物傳感器的定義、工作原理、分類和發(fā)展歷程。簡(jiǎn)介了碳納米管的基本結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備、分離純化方法、表面功能化方法。對(duì)碳納米管及其復(fù)合物在各領(lǐng)域尤其是在生物傳感方面的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)論述，并對(duì)碳納米管及其復(fù)合物在各領(lǐng)域的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。 第二章：利用多壁碳納米管(MWNTs)與3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)之間的疏水反應(yīng)，制備了良好水溶性的氨基化多壁碳納

3、米管(AMWNTs)，將電子媒介體羧基二茂鐵(FMC)通過酞胺鍵鍵合到AMWNTs上，制備了FMC-AMWNTs復(fù)合納米材料。采用紅外光譜和電化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)其形成過程進(jìn)行了表征。以(CS)為載體，將FMC-AMWNTs和葡萄糖氧化酶(GOD)固定于電極表面，制備了GOD/FMC-AMWNTs/CS復(fù)合生物膜修飾電極。FMC-AMWNTs復(fù)合材料的生成，不僅有效防止了二茂鐵的泄露，而且，復(fù)合膜中MWNTs和二茂鐵的存在，極大地提高了生物膜的導(dǎo)

4、電性和傳電子能力。將制備的GOD/FMC-AMWNTs/CS傳感器用于對(duì)葡萄糖的催化性能研究，結(jié)果表明，該傳感器對(duì)葡萄糖具有良好的電催化氧化能力，對(duì)葡萄糖檢測(cè)的線性范圍為0.01～4.2mM，檢出限為3.4μM，而且，傳感器的穩(wěn)定性好、響應(yīng)時(shí)間短、抗干擾能力強(qiáng)。 第三章：采用原位聚合法合成了一種新型功能化碳納米管/電子介體復(fù)合材料(Fc/SWNTs)，采用紅外光譜和電化學(xué)方法對(duì)其制備過程進(jìn)行了表征，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)c成功鍵合到了

5、SWNTs上。進(jìn)一步將Fc/SWNTs修飾到玻碳電極表面，構(gòu)建了Fc/SWNTs修飾電極，并對(duì)修飾電極的電化學(xué)行為進(jìn)行了研究。Fc/SWNTs復(fù)合材料的生成，不僅有效克服了電子媒介體Fc容易從電極表面流失的局限，還促進(jìn)了Fc與電極表面的電子傳遞。Fc/SWNTs修飾電極對(duì)抗壞血酸(AA)具有良好的電催化氧化作用，有效降低了AA在電極上的氧化過電位，實(shí)現(xiàn)了對(duì)AA的定量檢測(cè)，線性范圍為0.6μM～0.53 mM(R=0.998)，檢出限為0

6、.22μM(S/N=3)，同時(shí)，該修飾電極具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。 第四章：采用水熱法制備了一種新型功能化碳納米管/半導(dǎo)體金屬氧化物納米復(fù)合材料(ZrO2/MWNTs)。采用透射電子顯微鏡(TEM)和X射線衍射(XRD)實(shí)驗(yàn)對(duì)ZrO2/MWNTs復(fù)合材料進(jìn)行了表征，結(jié)果表明，MWNTs表面負(fù)載了大量ZrO2納米粒子，且分布均勻。進(jìn)而將Mb和ZrO2/MWNTs復(fù)合材料固定在玻碳電極表面，制備了Mb/ZrO2/MWNTs修飾電極

7、。研究了Mb在該修飾電極上的直接電化學(xué)行為。ZrO2/MWNTs復(fù)合物的存在，為Mb的固定化提供了良好的微環(huán)境，不僅增加了Mb的有效負(fù)載量，還大大促進(jìn)了Mb與電極間的直接電子傳遞。將制備的Mb/ZrO2/MWNTs修飾電極用于對(duì)H2O2的電催化還原行為研究，結(jié)果表明，修飾電極對(duì)H2O2的電化學(xué)還原具有良好的催化效果，對(duì)H2O2電化學(xué)催化檢測(cè)的線性范圍為1.0～116.0μM，檢出限為0.53μM(S/N=3)。該修飾電極具有良好的穩(wěn)定性

8、、重現(xiàn)性和抗干擾能力。ZrO2/MWNTs復(fù)合物為固定蛋白質(zhì)和制備生物傳感器提供了優(yōu)良的基體材料。 第五章：采用簡(jiǎn)單的化學(xué)沉積法制備了MnO2/MWNTs復(fù)合材料，采用TEM和電化學(xué)方法對(duì)MnO2/MWNTs復(fù)合材料的合成進(jìn)行了表征，結(jié)果表明，MnO2納米粒子成功負(fù)載于MWNTs表面。以Nafion為載體，將MnO2/MWNTs固定于電極表面，制備了MnO2/MWNTs/Nafion修飾電極。研究了MnO2/MWNTs/Nafi