论文部分内容阅读
生物传感器具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、能在复杂体系中进行在线连续监测等优点，在化学、生物医学、环境监测、食品、医药和军事等领域有重要的应用价值。电化学生物传感器研究内容十分丰富，一直处于生物传感器的主导地位，取得大量研究成果，并已经获得广泛应用。纳米材料具有独特的光学、电学和催化特性及良好的生物相容性。将纳米材料应用于电化学生物传感器的制备可以显著提高传感器的性能。本论文制备了一种新型的金属氧化物纳米材料铌掺杂氧化镍(NbNiO)，并成功将其分别用于电化学DNA生物传感器和电化学酶生物传感器的构建。具体内容如下: (1)采用溶胶-凝胶法合成了纳米结构的NbNiO，分别用热重分析法、X射线衍射法、扫描电镜和电化学等表征手段对铌掺杂氧化镍的制备条件和电化学性能进行了一系列的表征及研究。 (2)将NbNiO纳米粒子、羧基化的多壁碳纳米管(MWCNT-COOH)和壳聚糖(CH)复合修饰到氧化铟锡(ITO)导电玻璃表面，制备一种比表面积较大的纳米复合膜修饰电极。然后，将氨基修饰的富含鸟嘌呤(G)的单链DNA探针固定到MWCNT-COOH/NbNiO/CH/ITO修饰电极上面，再利用铅(Pb2+)诱导富含G的DNA形成G-四链体后交流阻抗值发生的变化，采用电化学阻抗法(EIS)直接对pb2+溶液的浓度进行检测，通过电化学体系阻抗变化值来指示Pb2+浓度的变化，从而制备了一种新型的阻抗型电化学DNA传感器，该DNA生物传感器的检测范围较宽(1.0×10-10～1.0×10-5 M)，检出限较低(7.51×10-12 M)进一步表明:将金属掺杂氧化物用于DNA电化学传感器中具有较好的前景。 (3)将葡萄糖氧化酶(GOx)固定到表面负载有金纳米颗粒（AuNPs）/NbNiO/CH纳米复合物薄膜的ITO导电玻璃上面，制得了一种新型的电化学葡萄糖传感器。使用循环伏安法(CV)，差分脉冲伏安法(DPV)以及电化学阻抗法等对电极的电化学性能进行分析。结果显示AuNPs/NbNiO/CH复合物中的NbNiO和AuNPs能够共同增强电子转换和提高电活性表面积，从而有效促进了葡萄糖氧化酶与ITO电极之间的电子转换。制得的GOx/AuNPs/NbNiO/CH/ITO生物电极具有良好的线性检测范围(5～500 mg/dL)，快速的电流响应时间(＜8 s)，较低的检测限(0.25 mM)和较长的使用寿命(10 weeks)。生物电极较低的米氏常数(0.195 mM)也表明酶与电极之间具有牢固的亲和能力。实验结果表明AuNPs/NbNiO/CH是一种相当有应用前景的电化学生物传感器材料，它有效结合了AuNPs、NbNiO纳米粒子和生物高分子壳聚糖的优点。