基于石墨烯納米材料雙酚A傳感器的研究.pdf

1、隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的化學(xué)物質(zhì)被人們排放到環(huán)境中。有一類化學(xué)物質(zhì)，進(jìn)入生物體內(nèi)會(huì)模仿、阻礙、干擾或者改變生物體自身激素作用，對(duì)生物體自身正常的動(dòng)態(tài)平衡、繁殖、生長(zhǎng)和行為產(chǎn)生不利的影響，這類化學(xué)物質(zhì)稱為環(huán)境雌激素(environmental enstrogens)或者環(huán)境內(nèi)分泌干擾物(endocrinedisrupting chemicals，EDCs)。環(huán)境雌激素來(lái)源廣泛，石油、電子、塑料、涂料、農(nóng)藥等產(chǎn)品以及某些食品中均存在一

2、定量的雌激素。環(huán)境雌激素污染范圍廣，在水、大氣、土壤、植物、沉積物、人體和動(dòng)物體中均能檢測(cè)出此類物質(zhì)。此類物質(zhì)容易在生物體內(nèi)積聚，可通過(guò)食物鏈在人體內(nèi)富集，難分解，不易生物降解，不易排出體外。雖然，環(huán)境雌激素在環(huán)境中的含量較低，但是極低濃度的環(huán)境雌激素也會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生較大的影響，它們會(huì)造成身體內(nèi)分泌系統(tǒng)紊亂，導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)傳輸阻礙，影響酶系統(tǒng)、降低機(jī)體免疫功能甚至器官畸形和癌變，嚴(yán)重威脅人體的健康。
　　 雙酚A(BPA)，是一種環(huán)

3、境雌激素。它是生產(chǎn)塑料的重要原料之一，也用于生產(chǎn)農(nóng)藥、涂料、熱穩(wěn)定劑等精細(xì)化工產(chǎn)品。全球每年對(duì)于雙酚A的需求巨大，這也造成對(duì)水、空氣、塵土以及食品的污染。與人們息息相關(guān)的許多日用品中也含有雙酚A，如飲料瓶、奶瓶、水管、醫(yī)療器械、食品塑料包裝等。雙酚A對(duì)于人類健康是一個(gè)巨大威脅。由此可見(jiàn)，雙酚A的檢測(cè)對(duì)于人們的健康至關(guān)重要。
　　 石墨烯(Graphene)是厚度只有一個(gè)碳原子的二維單層石墨。碳原子之間以SP2雜化軌道組成六角形晶

4、格構(gòu)型，作用力極強(qiáng)，不易被破壞。穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使得石墨烯具有卓越的導(dǎo)電能力，電子可在石墨烯平面上遷移?；谑┨厥獾慕Y(jié)構(gòu)，它具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，如高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性、高比表面積、高電催化活性及良好的生物親和性等。
　　 本文主要的研究工作是將石墨烯納米材料和層層自組裝技術(shù)相融合，用于制備雙酚A傳感器。研究思路表現(xiàn)為：(1)利用石墨烯材料卓越的導(dǎo)電能力和良好的生物親和性，作為固定酶的載體，研制具備較高靈敏度、穩(wěn)定性好和重現(xiàn)性強(qiáng)

5、的生物傳感器，成功用于烷基苯酚類雌激素－雙酚A的測(cè)定；(2)以石墨烯和其它納米材料的優(yōu)良性能為基礎(chǔ)，結(jié)合新型的敏感元件，利用層層組裝技術(shù)，研制雙酚A納米傳感器。
　　 本文主要研究?jī)?nèi)容包括以下三個(gè)部分：
　　 1基于納米空殼金/酪氨酸酶/石墨烯的雙酚A傳感器
　　 制備納米空殼金(HGNs)和石墨烯納米材料，并結(jié)合普魯士藍(lán)和酪氨酸酶修飾玻碳電極制成新型雙酚A生物傳感器。以場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡表征HGNs，采用循環(huán)伏安法

6、和電化學(xué)交流阻抗等方法研究修飾電極的電化學(xué)特性。由于納米空殼金和石墨烯良好的導(dǎo)電性和生物親和性，該修飾電極對(duì)于BPA有較好的電流響應(yīng)。在最佳條件下，該傳感器對(duì)雙酚A的響應(yīng)范圍：1.000×10-7～7.850×10-6 M，檢測(cè)限為5.200×10-8 M(3倍信噪比)，相關(guān)系數(shù)為0.997。
　　 2基于納米金/石墨烯－殼聚糖－離子液體復(fù)合材料/L－半胱氨酸包覆CdTe量子點(diǎn)的雙酚A傳感器
　　 將石墨烯、殼聚糖和1-

7、乙基－3－甲基咪唑四氟硼酸鹽([BMIM][BF4])混合制成Gra-Chits-[BMIM][BF4]復(fù)合材料，利用電沉積金和層層自組裝L-半胱氨酸包覆CdTe量子點(diǎn)修飾玻碳電極制備新型雙酚A傳感器。循環(huán)伏安法和電化學(xué)交流阻抗用于研究修飾電極的電化學(xué)特性。由于Gra-Chits-[BMIM][BF4]復(fù)合材料中，石墨烯和[BMIM][BF4]都具有良好的導(dǎo)電性，該修飾電極對(duì)于雙酚A有較好的電流響應(yīng)。在最佳條件下，該傳感器對(duì)雙酚A的檢測(cè)

8、濃度范圍：5.000×10-8～7.050×10-6 M，檢測(cè)限為2.000×10-8 M(3倍信噪比)，相關(guān)系數(shù)為0.999。
　　 3基于納米銀/石墨烯/酪氨酸酶/聚酰胺－胺的雙酚A傳感器
　　 制備石墨烯納米材料，并結(jié)合酪氨酸酶、聚酰胺－胺(PAMAM)和納米銀修飾玻碳電極制成新型BPA生物傳感器。循環(huán)伏安法和電化學(xué)交流阻抗用于研究修飾電極的電化學(xué)特性?；谑┆?dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，結(jié)合聚酰胺－胺和納米銀共同的作用