多孔“類碳糊電極”電化學(xué)生物傳感器的制備、功能化及應(yīng)用.pdf

1、電化學(xué)生物傳感器是一類將生物大分子之間的特異性結(jié)合直接或間接地轉(zhuǎn)化為可檢測電信號的傳感器。電化學(xué)生物傳感器制作的方便性、靈敏度和分析結(jié)果的平行性始終受到關(guān)注，其中碳糊電極因為制作特別簡單且成本低廉而一直受到重視。碳糊電極的研究始于20世紀八十年代，并一度引起人們的高度關(guān)注，因為其制作方法特別簡單且成本特別低廉，被認為是制備和使用一次性電極的理想方法。
　　 上世紀末和本世紀初納米科技的飛速發(fā)展，為碳糊類電極的研究帶來了新的機遇。

2、人們通過各種納米技術(shù)制備出納米SiO2介孔材料和納米碳管等大比表面的材料，對碳糊電極或其他電極進行修飾改性，進一步提高了各種電化學(xué)生物傳感器的穩(wěn)定性與檢測靈敏度。但進一步研究發(fā)現(xiàn)，由于SiO2介孔材料不導(dǎo)電和納米碳管材料的過于疏松難以成型，難以進一步增加它們的加入量以進一步提高靈敏度。此外，粘接劑(石蠟油等)的使用可能會堵塞一些孔道，影響不同界面或不同電極間孔性質(zhì)的一致性。更有效的辦法可能是徹底摒棄粘接劑的使用，跳出傳統(tǒng)的“機械混合或組

3、裝修飾改性一表征一應(yīng)用研究”的研究思路。為此，在我們以往有關(guān)磁性納米材料制備、導(dǎo)電聚合物和電化學(xué)生物傳感器研究工作的基礎(chǔ)上，本論文提出以有機溶劑抽提法和無機酸溶解法制備多孔“類碳糊電極”，顯著提高相應(yīng)電化學(xué)傳感器的靈敏度，同時顯著改善其保存長效性和分析結(jié)果的平行可靠性，并結(jié)合磁性納米顆粒的制備技術(shù)和自組裝技術(shù)，對電極進行功能化，提高電極的選擇性和特異性，更好地應(yīng)用于生物、化學(xué)的分析和檢測中，具體內(nèi)容如下：
　　 1.有機溶劑抽提

4、法制備多孔“類碳糊電極”及其在DNA生物傳感中的應(yīng)用
　　 提出一種新型高靈敏的碳糊電極生物電化學(xué)傳感器的制作方法，首次成功地以吡咯為前驅(qū)體，石墨粉為填料和聚甲基丙烯酸甲酯微球為模板直接誘導(dǎo)合成，再通過有機溶劑抽提制備出多孔“類碳糊電極”(PPCPE)，該電極具有比表面大，導(dǎo)電性好，易于長期保存，而且避免了使用粘接劑，經(jīng)過SEM和比表面儀的表征發(fā)現(xiàn)，PPCPE電極表面有大量直徑大小約為2～5μm的微孔，其比表面達42.76m2/

5、g。通過親和素一生物素體系，采用循環(huán)伏安法比較純碳糊電極(CPE)、納米碳管修飾的碳糊電極(CNTPE)和PPCPE表面固定DNA的能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PPCPE由于比表面大，對DNA具有很好的吸附固定作用。結(jié)合金標銀染技術(shù)，采用陽極溶出法對在PPCPE上雜交DNA的電化學(xué)信號進行研究，發(fā)現(xiàn)隨著雜交正配DNA濃度的增加，銀的溶出峰電流也不斷增加，經(jīng)過線性擬合，發(fā)現(xiàn)銀的溶出峰電流與正配DNA濃度分別在1nM～80nM和0.08 nM～1nM范

6、圍出現(xiàn)兩個線性關(guān)系，最低檢測限為0.05nM。
　　 2.無機酸溶解法制備多孔“類碳糊電極”及其在藥物分析中的應(yīng)用
　　 為解決上述有機溶劑抽提法制備多孔“類碳糊電極”時所需抽提時間過長(一般需3～5天以上)的問題，我們提出以吡咯為前驅(qū)體，石墨粉為填料和碳酸鈣微球為模板直接誘導(dǎo)合成，采用無機酸溶解法制備多孔“類碳糊電極”。通過SEM、比表面分析和表面接觸角等技術(shù)對電極表面結(jié)構(gòu)和性能進行表征發(fā)現(xiàn)，由本方法得到的PPCPE表

7、面有大量直徑大小約為2～5μm的微孔，比表面達59.26 m2/g，與傳統(tǒng)碳糊電極和修飾碳糊電極相比，PPCPE具有比表面大、電化學(xué)活性好以及親水性能好等特點，可應(yīng)用于有機物和藥物檢測。通過吸附伏安法和示差脈沖伏安法分別對單寧酸和對乙酰氨基酚進行分析檢測得到滿意結(jié)果，檢測限分別為0.01μM和5μM。
　　 3.多孔“類碳糊電極”的表面功能化及其對E.coli O157：H7的檢測研究
　　 為提高電極的選擇性和靈敏度，

8、滿足對一些突發(fā)性疾病(如大腸桿菌等)快速、準確地檢測，我們結(jié)合自組裝技術(shù)和功能化碳納米管摻雜的方法對多孔“類碳糊電極”進行功能化，在電極表面修飾上氨基、羧基和醛基功能基團，比較三者對 E.coli O157：H7細菌的檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)自組裝和醛基化后的電極對E.coli O157：H7的檢測信號最強，檢測限為8.0×102CFU/ml。
　　 4.磁性多孔“類碳糊電極”生物電化學(xué)傳感器的制備與應(yīng)用
　　 為將捕獲有靶標

9、物質(zhì)的磁性顆?？焖俑咝Ц咛禺愋缘馗患谙鄳?yīng)電極表面，減短電極富集時間，增大靶標物質(zhì)在電極上的固定效率，進一步提高檢測的靈敏度和操作的實用性，我們利用磁性納米顆粒容易富集和分離的特點，采用在多孔“類碳糊電極”中摻雜磁粉的方法，構(gòu)建出一種磁性多孔“類碳糊電極”電化學(xué)生物傳感器，結(jié)合磁性納米Fe3O4/Au顆粒的制備技術(shù)，將其應(yīng)用于DNA和血吸蟲抗原檢測中。通過對磁性納米Fe3O4/Au顆粒的表征發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e3O4/Au顆粒大小為35nm左右，