基于功能化納米材料的高性能電化學(xué)傳感器-生物傳感器的研究.pdf

1、近年來，使用納米材料構(gòu)建電化學(xué)生物傳感器已成為了一項熱門研究課題。其中石墨烯和合金納米多孔材料更是以其低廉的價格、優(yōu)良的特性和突出的生物相容性越來越受到研究者們的追捧。以納米材料作為修飾物制備的酶生物傳感器實現(xiàn)了酶與電極之間的直接電子傳遞作用，促進了第三代酶傳感器的發(fā)展。本研究從納米材料在電化學(xué)傳感器/生物傳感器的應(yīng)用方面出發(fā)可分為以下三部分：
　　1、高度還原自組裝超薄石墨烯薄膜及其高效電催化活性的研究本研究通過溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)和水

2、輔作用，將高度還原的氧化石墨烯（rGO）在正戊烷和N,N-二甲基甲酰胺（DMF）液-液界面形成很薄的rGO薄膜，待正戊烷完全揮發(fā)后rGO便在DMF-空氣表面完成自組裝成膜過程，最后將該石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到石英片或電極表面。本研究使用紫外-可見光光度計、掃描電子顯微鏡、原子力學(xué)顯微鏡和電化學(xué)技術(shù)對得到的還原石墨烯薄膜進行了表征。在550 nm處該石墨烯薄膜的透光率為82.8％，與幾片單層石墨烯疊加在一起的透光率相符。將還原石墨烯薄膜修飾到玻碳

3、電極（GC）上以后明顯提高了 GC的導(dǎo)電性：電極的電荷轉(zhuǎn)移電阻由31Ω減小到22Ω。本實驗制備的rGO/GC電極具有很好的機械強度而且對H2O2和多巴胺的電催化活性有了很明顯的提高。在電極表面修飾多層rGO薄膜后對多巴胺的電催化活性要比只修飾單層 rGO薄膜的電極強很多。這種可控的、在各種固體表面形成穩(wěn)定 rGO薄膜的方法在納米電子學(xué)傳感器和生物傳感器領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。
　　2、基于多孔Pt-Cu合金納米顆粒修飾的無酶過氧化

4、氫傳感器的研究硼摻雜鉆石電極（BDD）具有低背景電流和寬電勢窗的優(yōu)良特性，近年來在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用越發(fā)廣泛。本研究在 BDD電極表面電沉積鉑-銅多孔納米合金顆粒（Pt-CuNPs），然后在Pt-CuNPs層上電聚合吡咯-3-羧酸導(dǎo)電高聚物薄膜（PP3C）；通過掃描電子顯微鏡和電化學(xué)技術(shù)表征了 Pt-CuNPs修飾的 BDD電極（ Pt-CuNPs/BDD）和聚吡咯-3-羧酸薄膜覆蓋的 Pt-CuNPs/BDD電極（PP3C/Pt-CuN

5、Ps/BDD）的表面形態(tài)和電化學(xué)特性；并以PP3C覆蓋的鉑納米顆粒（PtNPs）修飾的BDD電極（PP3C/PtNPs/BDD）作為對照電極，展現(xiàn)了Pt-CuNPs對H2O2的高效催化還原能力。本研究制備的PP3C/PtNPs/BDD電極具有很好的檢測靈敏度和選擇性，在大氣環(huán)境下對H2O2的最低檢測極限為0.82μM（S/N=3），線性范圍在1μM到19.5 mM之間，對抗壞血酸（AA）、葡萄糖、牛血清白蛋白（BSA）等物質(zhì)表現(xiàn)出了很強

6、的抗干擾能力。該無酶H2O2傳感器還具有很好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，相同方法制備的不同電極對H2O2檢測靈敏度的相對標準偏差為5.8%（n=7），且同一電極對H2O2響應(yīng)靈敏度的相對標準偏差為3.7%。在無菌PBS中4℃放置僅使傳感器對H2O2的檢測靈敏度降低了6.1%。該傳感器還可用標準加入法檢測牛奶中H2O2含量，對含100μM H2O2牛奶樣品檢測的信號恢復(fù)率為105.7%，這說明該多孔納米鉑-銅合金顆粒修飾的無酶 H2O2傳感器在真實

7、樣品分析方面具有很廣闊的應(yīng)用前景。
　　3、基于 BDD電極的直接電子傳遞葡萄糖氧化酶傳感器的研究本研究使用KOH和（3-氨丙基）三乙氧基硅烷（APTES）處理BDD電極，并將其用作生物傳感器基底在其上修飾葡萄糖氧化酶(GOx)，然后用一種雙功能團分子將GOx和APTES上的自由氨基交聯(lián)在一起，在BDD電極表面形成一層穩(wěn)定酶層(GOx-X-APTES)。我們使用掃描電鏡和電化學(xué)技術(shù)對制備的電極進行了表征，計算得固定化GOx電極的表

8、觀電子傳遞速率常數(shù)為8.85±0.47 s?1，較文獻報道的數(shù)值高很多；使用安培法測定了傳感器對葡萄糖的響應(yīng)，該電極具有很好的穩(wěn)定性和可重復(fù)性，對葡萄糖的最低檢測極限為20μM，正常生理濃度（0.1~0.2 mM）下的抗壞血酸和尿酸不會對該電極產(chǎn)生干擾。當在酶電極表面覆蓋一層很薄的 Nafion薄膜后其對葡萄糖響應(yīng)的動力學(xué)范圍得到了顯著的提高。Nafion/GOx-X-APTES/BDD生物傳感器對葡萄糖的最低檢測極限為30μM，線性范