聚吡咯和聚3,4-乙烯二氧噻吩微球的制备与葡萄糖生物传感器的构建

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:daxiaa
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在生物电子学的研究中,如何实现生物与电子的有机结合,界面材料的选择十分重要,它是架起生物学与电子学之间的桥梁,直接决定了生物电子装置是否能够实现。随着新兴纳米技术、芯片技术、新材料制备技术的出现,越来越多的新型界面材料得到开发,例如导电聚合物,金属纳米粒子等。这些都极大的促进了生物电子学的发展。在生物电子应用中,理想的界面材料应该具有良好的可修饰性以适合生物分子的结合,优异的电化学性能满足电荷快速转移的要求,较好的生物相容性适应医学应用的要求,合适的界面结构(纳米结构、微米结构、分层式结构、异质界面结构等等)以增强测试性能以及适应商业生产的加工特性。因此界面材料本身所具有的物化性质与结构将直接影响生物电子装置(如生物传感器)的性能与实际应用。在众多界面材料当中,导电聚合物无疑是最具吸引力的一类,它们具有导电性和易于修饰的化学结构,容易与生物分子相结合,但是较差的可加工特性或者复杂的印刷处理过程限制了其商业应用。基于上述考虑,本文以制备可用于生物传感器的易加工的导电聚合物材料为目的,首次提出了一种绿色(不使用表面活性剂,有毒溶剂等)、通用、简单的模板法制备聚吡咯微球(PPy-MSs)和聚3,4-乙烯二氧噻吩微球(PEDOT-MSs),并进一步用于构建PPy-MSs-PEDOT-MSs异质界面,最后将PEDOT-MSs用于构建Nafion/GOD-PtNPs-PEDOT-MSs/SPE葡萄糖生物传感器。通过相关测试方法,详细研究了PPy-MSs和PEDOT-MSs的形貌组成以及电化学性质、异质界面PPy-MSs-PEDOT-MSs的电化学性能、Nafion/GOD-PtNPs-PEDOT-MSs/SPE葡萄糖生物传感器的电化学响应特性等。本论文主要研究工作及具体结论如下:(1)以多孔CaCO3微球作为硬模板,利用CaCO3的无机材料特质吸附具有难溶性质的吡咯(Py)和3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)单体,采用两步化学氧化聚合法制备出PPy-MSs和PEDOT-MSs。形貌表征结果显示,PPy-MSs和PEDOT-MSs微球表面形貌完整,颗粒密集而分散均匀,平均粒径分别为3.43±0.54μm和3.18±0.52μm。PPy-MSs内外结构紧凑,表面光滑带有负电荷,Zate电位为负32.6±11.0mV;PEDOT-MSs内外结构疏松,表面粗糙带有正电荷,Zate电位为正14.7±7.01 mV。电化学测试结果显示PPy-MSs和PEDOT-MSs都具有很好的电化学电容活性,与非模板法直接制备的R-PPy(Random-structured PPy)和R-PEDOT(Random-structured PEDOT)相比,电化学电容性能分别提升2.810倍和1.512.3倍。(2)以PPy-MSs和PEDOT-MSs为基本结构单元,分别从两种结构层面研究了形貌结构与电化学性能的关系。1)单一结构层面对比了PPy-MSs和R-PPy,PEDOT-MSs和R-PEDOT的电化学性能;2)系统结构层面对比了采用等量PEDOT-MSs和PPy-MSs(1:1)构建的具有异质界面的PEDOT-MSs-PPy-MSs与分离态的PEDOT-MSs/PPy-MSs的电化学性能。形貌表征结果显示PPy-MSs和PEDOT-MSs具有完整的微球形貌以及较佳的分散性,而R-PPy和R-PEDOT呈现随机结构和严重聚集。电化学电容性能测试结果表明,PPy-MSs和PEDOT-MSs较R-PPy和R-PEDOT性能分别最高提升10倍和2.1倍;异质界面的PEDOT-MSs-PPy-MSs复合结构较分离态的PEDOT-MSs/PPy-MSs结构性能提升1.252.07倍。(3)采用PEDOT-MSs作为界面支持材料,通过PEDOT-MSs表面吸附PtCl42-离子,然后以NaBH4作为还原剂,原位还原PtNPs于PEDOT-MSs表面,得到PtNPs-PEDOT-MSs复合物。进而通过PtNPs-PEDOT-MSs与葡萄糖氧化酶(GOD)的静电吸附制备了GOD-PtNPs-PEDOT-MSs复合物。最后以GOD-PtNPs-PEDOT-MSs构建了基于丝网印刷电极的Nafion/GOD-PtNPs-PEDOT-MSs/SPE葡萄糖生物传感器。PtNPs-PEDOT-MSs、GOD-PtNPs-PEDOT-MSs的表面形貌结构及电荷特性的表征结果显示,PtNPs-PEDOT-MSs表面带有负电荷(5.623±0.84 mV)且大量的PtNPs分布,粒径大小约50 nm,GOD-PtNPs-PEDOT-MSs表面呈现朦胧薄膜状且表面带有更多负电荷(18.87±1.45 mV),证明PtNPs-PEDOT-MSs表面吸附了大量GOD(等电点4.2,测试体系为pH 7.4),最大吸附能力为0.205 mg GOD/mg PEDOT-MSs。通过电化学方式研究分析了Nafion/GOD-PtNPs-PEDOT-MSs/SPE葡萄糖生物传感器的生物电化学特性以及对葡萄糖安培响应特性。结果表明,Nafion/GOD-PtNPs-PEDOT-MSs/SPE葡萄糖生物传感器对葡萄糖具有较好的安培电流响应特性。在0.17×10-3 mol/L的葡萄糖浓度范围内,酶电极响应电流与葡萄糖浓度具有线性关系,检测灵敏度为131.5μA/mM/cm2,检测限为1.37×10-6 mol/L(3×SD/灵敏度),相关系数为0.9949;酶电极响应时间低于7秒。根据Lineweaver-Burk酶动力学方程,计算可得Nafion/GOD-PtNPs-PEDOT-MSs/SPE的表观米氏常数(Kmapp)为7.3×10-3 mol/L。Nafion/GOD-PtNPs-PEDOT-MSs/SPE具有很好的抗干扰性能和稳定性,具有很强的实际应用价值。
其他文献
<正> 在教学中,我们把五版《医古文》教材《扁鹊仓公列传》的标点同四版《扁鹊传》中的标点进行比较,发现有几处改动,下面谈谈我对改动的意见。 1 [四版] 乃出其怀中药与扁鹊
监管职能分离后,中央银行如何更有效地制定与执行货币政策,是一个新的课题.基层央行也面临着同样的课题.本文分析了货币政策在基层传导实施中存在的障碍及其原因,进而提出对
法律思维是建设法治国家和法治社会的坚实基础,公民法律思维方式的培育对于我国社会主义法治社会的建设具有重要的意义。文章从法律思维方式的涵义、特征以及培养法律思维方
蓝藻是一群有很多优良特性的原核生物。在食品、饲料、固氮、能源、生产有用物质以及环境保护等诸方面具有重要价值。开发利用蓝藻将给人类展现十分广阔的前景。
2013年中国房地产市场延续2012年向好走势,整体发展良好:行业投资环境全面回暖、城市住宅市场成交量持续回升、重点城市房价普涨、土地市场量价齐升。向好形势下,房地产企业取得
报纸
元代道教史籍非常丰富。元代道派的分衍与创新,道教传播范围的拓展,道教史家素质的提高等因素,促使道教史籍在元代得到长足发展。
"邓玉娇案"作出判决后,有的人又重提"舆论判决"的话题。因为这起案件一直为舆论广为关注,一旦因舆论引发了与权力原来"设计"的不同结局,"舆论审判"的论调又冒出来了。
期刊
本文通过分析一类传染病模型的动力学性质,讨论了各个参数对传染病的传播、治愈等动态行为的影响。得到了传染病疾病消除、永久持续生存、疾病共存平衡点稳定以及周期震荡等
在国家七五计划期间,大批工业区迅猛发展,为我国的工业化做出突出贡献,但随着科技的进步,社会的发展,这些老工业区渐渐退出历史舞台。废旧的厂房在风雨中飘摇,有些地方滞后成
新闻叙事是面向受众的暗含劝服性特征的叙事,它通过“事”、“势”、“理”三大修辞资源“不着痕迹”地引导受众“本能”地接受事实真相,从而达到劝服的目的,也就能在达成健康、