纳米复合材料制备及其在电化学生物传感器中应用

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1、摘要纳米复合材料的制备及其在电化学生物传感器中的应用分析化学专业硕士研究生王成燕指导教师陈时洪副教授摘要电化学酶生物传感器因具有灵敏度高、选择性好、易于微型化等优点而具有广泛的应用前景，现己成为当前研究的热点之一。在酶生物传感器的研究和开发中，其活性组分的同定化一直是最为关键和重要的技术。纳米复合材料具有比表面积大、吸附力强、催化活性高和生物相容性好等特性，将其用于生物分子的同载，不仅可以提高生物分子(酶)的吸附量和稳定性，还能很好地保持生物分子的生物活性，从而使传感器的性能得到提高。基于此，本文制备了不同形

2、貌的纳米复合材料．并将这些材料用于生物传感界面的构建。所制备的葡萄糖、胆闶醇等生物传感器具有较宽的线性范围、较高的灵敏度、较低的检测下限以及较快的响应速度。具体内容如下：1．基于普鲁士蓝．金复合膜构建的葡萄糖生物传感器的研究在本工作中，研制了一种基于普鲁士蓝．纳米金复合物(PB．Au)以及铂纳米簇(Pt-NCs)的葡萄糖生物传感器。作为电子媒介体的PB，通过与氯金酸一起电聚合到玻碳电极表面而形成一层致密的PB．Au复合膜。接着通过电沉积的方式将Pt-NCs固载到PB．Au修饰电极上。最后，将葡萄糖氧化酶(GO

3、D)组装到修饰电极上并修饰一层N娟on膜，防止GOD的泄漏。制得的电流型葡萄糖传感器表现出快速的响应时间，宽的线性范围，当信噪比为3时检出限低至1．O“mol／L。该传感器具有良好的选择性，其原因是由于选择的工作电位较低．与葡萄糖共存的干扰物如抗坏血酸、尿酸、精氨酸等不会产生干扰。2．基于铂纳米簇．多壁碳纳米管复合物构建的葡萄糖生物传感器的研究由于具有独特的物理化学性质，铂纳米簇．多壁碳纳米管纳米复合物(PtNCs．MwCNTs)现在已成为极具吸引力的纳米材料。在此工作中，采用一步合成法制得了PtNCs．MW

4、CNTs并以其为同酶基质构建了一种高灵敏的葡萄糖生物传感器。采用循环伏安法(CV)，电化学交流阻抗法(EIS)以及原子力显微镜(AFM)表征了传感器的组装过程。在最优条件下，该传感器对葡萄糖表现山良好的催化特性。如线性范围宽(3pmol／【广14．5mmol，L)，检出限低(1．0¨mol／L)，灵敏度高(12．55pAL，mmoI)，响应时间短(6s)。更重要的是，此传感器能够用于I两南大学硕十学何论文对人体血清样品中葡萄糖含量进行分析。该传感器性能优良，是因为PtNCs-MwCNTs具有大的比表面积、良好

5、的导电性、较高的催化活性和良好的生物相容性，从而增大了酶的吸附量且促进电极界面上的电子转移。3．一步电沉积法制各生物复合膜及其在胆固醇生物传感器中的应用将多壁碳纳米管(MwCNTs)、金铂合金纳米粒子(Au@眦NPs)和壳聚糖(CS)的优势结合起来，采用一种独特的方法构建了一种新的胆固醇生物传感器。首先采用一步电沉积法将CS．MwcNTs-Au@附NPs复合膜沉积在玻碳电极表面，再用戊二醛做交联剂将胆固醇氧化酶(ChOx)固载在修饰电极上制得胆固醇生物传感器。从CS-MwCNTs-Au@MNPs复合膜的扫描电

6、镜图像可以看到在CS基质内分散有大量的MWCNTS和Au@眦NPs。用循环伏安和交流阻抗等方法表征了传感器的组装过程。该传感器的线性范围为0．7~477．7“mol／L，校正曲线的斜率即为传感器的灵敏度，可达到224．5衅L／mmol。4．基于金铂复合物功能化的氧化锌纳米棒的胆固醇生物传感器的研究构建了一种基于多壁碳纳米管(MWCNTS)和金铂复合物功能化的氧化锌纳米棒(Pt@Au-znON飚)为基质同载胆固醇氧化酶(ChOx)的生物传感器，并考察了该胆固醇传感器的应用潜力。首先，用化学合成法制备了Pt@Au

7、-znoNRS。然后将其分散液滴涂到MWCNTs修饰的玻碳电极表面，接着通过纳米材料对ChOx的吸附作用以及正电荷ZhO纳米材料与负电荷ChOx之间的静电作用将ChOx同载到电极上。MWCNTs和Pt@Au-ZnONRs为ChOx提供了良好的微环境，从而有利于传感器分析性能的提高。该传感器对胆I蒯醇响应的线性范围为0．1~759．3弘mol／L，检测限为O．03叩10儿，灵敏度为26．8¨AL／mmol，米氏常数为1．84mmol／L，并具有响应时间短、灵敏度高、稳定性好等优点。关键词：生物传感器纳米复合物多

8、壁碳纳米管葡萄糖胆固醇UABSTRACTThepreparationofthenanocompositematerialsandtheir■’J●■J■■●■●appIlCatlonlntheeIeCtr0ChemlCaIb10SenS0rSAnal”icalChemist拶MasterPost舯duate：ChengyaIlW抽gSupervisor：AssociateProfessorShiho