基于新型納米結構材料的葡萄糖生物傳感器的研究.pdf

1、納米材料是指在三維空間至少有一維處于納米尺度范圍或以納米結構為基本單元所構成的材料，其所表現出來的在化學、機械、電子、磁學及光學等方面的特異性能，引起了眾多學科領域專家和學者的廣泛關注，是20世紀末以來的熱門研究課題之一。 隨著納米科技的迅速發(fā)展，人們發(fā)現，在實際應用中，不僅需要考慮單個納米粒子的性質，同時要考慮納米粒子所組成的材料的整體行為。很多研究表明，任何宏觀材料的功能均源于組成該材料單元之間相互作用的結果，在一個復雜體系

2、中可以觀察到單個組分所不具備的性質。因此，納米材料的進一步發(fā)展是制備或組裝納米結構材料或器件。納米結構是以納米尺度的物質單元為基礎，按一定的規(guī)律構筑或營造的一種新體系。納米結構的基本構筑單元包括納米微粒、納米線、納米棒，納米絲等，這些具有特殊性能的納米尺度單元賦予了由其構筑的有序結構材料不同于本體材料的性質，這為設計具有特殊光、電、催化特性的裝置提供了新的選擇。 生物體內活性物質的分析和檢測，對獲取生命過程中的化學與生物信息、了

3、解生物分子的結構與功能的關系、闡釋生命活動的機理以及疾病的診斷都具有重要的意義。隨著生命科學研究的不斷深入，人們對生物體的研究也由器官、組織達到了細胞、單分子層次，我們迫切需要在更加微觀的尺度上原位、活體、實時地獲取相關生物化學信息，許多傳統的、常規(guī)的生物分析方法與手段面臨著極大的挑戰(zhàn)。納米材料由于其特異的表面效應、宏觀量子隧道效應和量子尺寸效應，其電學、磁學、光學和化學性質等呈現出常規(guī)材料不具備的優(yōu)越性能。如果將納米材料用于生物傳感器

4、中電極的修飾，基于其尺寸效應、表面效應等，電極將呈現電催化作用，降低底物過電位，使可能的干擾及背景降至最小，如果進一步將納米材料按一定的規(guī)律組裝或改造，改善材料的生物兼容性，就有可能構造出滿足生物分子識別過程中保持其生物活性、穩(wěn)定性以及空間定向的微環(huán)境，從而進一步建立生物分子與納米微粒的連接，開發(fā)新型的納米生物傳感器，實現對目標分子的識別和檢測。 本論文的工作主要集中在納米技術與生物電分析相結合最活躍的研究領域之一——新型納米結

5、構材料修飾電極的研制。論文重點研究了一些新型納米結構材料的構筑以及這些材料修飾電極用于葡萄糖分子檢測時表現出的優(yōu)越性能。此外，論文的另一個工作重點在于將研制的新型納米結構材料修飾電極用于實際樣品中葡萄糖的檢測，這為生命科學及其相關領域的研究提供了新的方法。論文工作努力實現將納米結構材料、生命科學、電分析化學三者相結合，具體內容如下： 1．模板法合成聚苯胺/聚丙烯酸復合納米陣列及其應用于葡萄糖生物傳感器的研究導電高分子所具有的特殊結構和優(yōu)

6、異的物理化學性質使它在能源、光電子器件、信息、傳感器、分子導線和分子器件等方面有著廣泛的應用前景。聚苯胺(PAn)作為導電聚合物的杰出代表之一，由于其具有電導率高、摻雜態(tài)和未摻雜態(tài)的環(huán)境穩(wěn)定性好、易于合成、單體成本低等優(yōu)點，被認為是最有實際應用前景的導電聚合物之一。 本文以多孔溶膠-凝膠(PSG)為模板，在聚丙烯酸(PAA)存在條件下，電化學聚合苯胺(An)單體，在PSG孔道中獲得了有序PAn/PAA納米陣列，其電化學行為類似電

7、極間排列緊密又相互獨立的納米電極系統。該納米陣列進一步固定葡萄糖氧化酶(GOD)并修飾Nation后制成了葡萄糖生物傳感器，由于PAn良好的導電性，PSG良好的生物兼容性以及PAA的摻雜，該傳感器在中性條件下對葡萄糖表現出了良好的催化氧化作用，相比于PAn/PAA修飾電極，大大提高了檢測的靈敏度。 2．模板法制備金納米管及其應用于葡萄糖生物傳感器的研究自Iijima發(fā)現碳納米管之日起，各種納米管狀材料由于其特殊的性質引起了人們越

8、來越廣泛的關注。在各種制備納米管的方法中，C．R．Martin開創(chuàng)的模板法是制備金屬納米管最常用最有效的方法。本文對多孔氧化鋁膜的納米孔道進行氨基修飾并以此為模板，通過對納米金粒子的沉積成功制備了金納米管(AuNTs)并用SEM對其結構和形態(tài)進行了表征。在AuNTs修飾的玻碳電極表面，成功實現了對葡萄糖氧化酶的固定，制成了新型的葡萄糖生物傳感器。由于AuNTs良好的催化性能、特殊的管狀結構和生物兼容性，該傳感器大大降低了檢測的過電位，提

9、高了電流響應值，增加了酶的固載量并保持了固定化酶良好的催化活性。 3．模板法制備多孔金納米材料及其應用于葡萄糖生物傳感器的研究金溶膠由于其成熟的制備方法、穩(wěn)定的性質以及良好的催化效果而被廣泛應用于眾多領域，如制作微小的電子器件、制備各種新型納米材料等。在電分析化學領域，基于金膠的比表面積大、表面活性中心多、反應活性高、吸附能力強、有比較良好的穩(wěn)定性和催化性能，人們常將金溶膠固定在電極表面用于自組裝電極的設計和制備各種具有特定功能