基于纳米材料的无酶生物传感器研究

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纳米科技将引发人类认知和工业的革命。其中,纳米技术在生物传感器上的应用引起了全世界科学家研究的浓厚兴趣。生物传感技术是一个由生物、化学、物理、电子技术等多种学科相互渗透形成的研究领域。生物传感器具有选择性高、分析速度快、操作简易和仪器价格低廉等特点,而且可进行在线甚至活体分析,在临床诊断、环境监测、食品工业等方面得到了高度重视和广泛应用。纳米材料的应用将进一步提高生物传感器的性能,特别是对无酶生物传感器的构建将产生积极和深远的影响,具有广阔的发展前景。本论文利用纳米材料构建和发展了无酶生物传感器,并应用于β-D葡萄糖、H202和NADH的检测。具体研究工作如下:1.Ni(Ⅲ)对葡萄糖有很好的催化氧化功能,能直接氧化葡萄糖为葡萄糖酸内酯。本文采用电沉积的方法在金电极的表面修饰一薄层Ni纳米颗粒,研究发现这种纳米级的镍颗粒比常规镍材料具有更为明显的电催化活性。在0.1mol/L的NaOH溶液中,以0.6 V作为应用电位,测得葡萄糖浓度在10.0μmol/L~2.5 mmol/L范围内呈良好的线性关系,检出限为5.0μmol/L(S/N=3);响应时间为3s。传感器制备简单,无需特殊保管,可重复使用。2.以室温离子液体正辛基-吡啶-六氟磷酸盐(OPFP)代替传统固体石蜡为粘合剂与多壁碳纳米管(MWCNT)、石墨粉相混合制备了一种新型的以多壁碳纳米管修饰的碳离子液体电极(MWCNT-CILE)。优化出制备电极时多壁碳纳米管、离子液体(OPFP)与石墨的比例为1:5:4,以铁氰化钾为电化学探针对碳纳米管/离子液体/石墨复合物电极的电化学行为进行了研究,并与离子液体碳糊电极进行了比较。结果表明由于MWCNT具有很高电催化活性,疏水性的IL(OPFP)有很强的电子传导性能和协同催化作用,使碳纳米管/离子液体/石墨复合物电极对H202和NADH具有更好的电流响应。3.以第3章中构建的多壁碳纳米管修饰的碳离子液体电极(MWCNT-CILE)为无酶葡萄糖传感器在碱性条件下测定葡萄糖浓度。研究表明通过在0.5mol/L的H2SO4中对电极表面的进一步活化,选择在0.1mol/L的NaOH支持电解液中,0.6V的应用电位,测得葡萄糖浓度在50.0μmol/L~8.0 mmol/L范围内呈良好的线性关系,检出限为10.0μmol/L(S/N=3),响应灵敏度高达445.8μAmM-1cm-2;响应时间小于5s。重现性和稳定性良好,对抗坏血酸(AA)和尿酸(UA)具有一定的抗干扰作用,因而具有实际应用于血糖中葡萄糖含量检测的可能。
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