基于金和银金属纳米材料的无酶传感器构建与其应用

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1、目录上海师范人学颀Jj学位论文上海师范大学硕七学位论文第一章绪论1．1金属纳米材料的简述及其应用1．1．1引言随着各种新型纳米材料的层出不穷及其在电化学生物传感器方面的应用和发展，纳米金属无酶电化学生物传感器的研制成为另一个研究热点。酶分析法是最常用的生物分子电化学检测方法，具有反应快，专一性高等优点。早期，美国Clark教授构建的基于修饰葡萄糖氧化酶的生物化学传感器已经发展有40余年了。可是，基于有酶存在的电化学传感器存在许多不足而且在实际应用中受到了一定的条件限制，例如：酶容易失活，受温度影响大，样品中的氧对测定有

2、影响。因此，基于金属纳米材料构建的无酶电化学传感器的研制越来越受到了广泛的关注。纳米技术在生活方式和生产方式的变革中正在发挥重要作用，它对社会发展、经济繁荣、国家安定和人类生活质量的提高所产生无法估量的影响【11。纳米粒子是指直径在1．100niil之间的微粒，它以稳定形式存在于溶液中。而金属纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度或由它们作为基本单元构成的金属材料。因纳米体系既非典型的微观系统又非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统【2】，因而具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应【31。由于纳米粒子的表面效

3、应，其巨大的比表面积，键态严重失配，出现许多活性中心位点，表面台阶及粗糙度增加，表面出现非化学平衡、非整数配位的化学价，导致纳米体系的化学性质与化学平衡体系出现很大差别【4巧】，因此超微颗粒的表面具有很高的活性。利用表面活性，金属超微颗粒有望成为新一代的高效催化性能的材料，对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积显著增加，从而产生一系列新奇的性质。例如：一、特殊的光学性质。所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色，尺寸越小，颜色愈黑，从而金属超微颗粒对光的反射率很低。二、特殊的热学性质。通常大尺寸金属的熔点是固定的，超细微

4、化后却发现其熔点将显著降低。三、特殊的磁学性质。当具有磁性的材料细化至纳米级后，其磁性特征发生巨大变化，第一章绪论J：海师范大学硕士学位论文产生超顺磁性。四、特殊的力学性质。长期的研究发现呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬4．5倍。此外，超微颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。因此，纳米材料在未来高新技术发展中将占有重要的地位。1．1．2金属纳米材料的催化性能及应用现状对于催化剂的活性和选择性主要依赖于它的表面结构和表面上活性位点，现研究发现块状金属物质几乎没有任何催化活性，原因

5、在于它的化学吸附能太小。长期以来人们使用的催化剂中，起催化作用的颗粒大多是密实的团聚体，没能充分发挥纳米粒子的特性。随着纳米颗粒直径的减小，比表面积迅速增加，其表面原子周围缺乏相邻的原子，使得颗粒出现大量的悬键而具有不饱和的性质，即配位数不足。表面活性位点增多，和迅速增加的表面能一起构成起催化的关键因素。因此，国际催化学术界认为超细粒子催化剂在本世纪将成为催化反应的主要角色。金属纳米材料自诞生以来对各个领域的影响令人瞩目，现列出一些金属纳米材料在实际中的主要用途：例如：金属纳米粉体对电磁波有特殊的吸收作用：可作为吸波材

6、料，具有质量小、兼容性好、频带宽、厚度薄等优点。美国新近研制的含“超黑粉”的纳米复合材料，吸波率达99％。法国研究者采用真空沉积法把合金，NiCo及SiC沉积在基体上形成电磁吸收超薄纳米结构，再粉碎成微屑并制成纳米材料，吸波频率达50MHz一50GHz[61。高性能磁记录材料一铁：利用纳米铁粉的饱和磁化强度大、矫顽力高、抗氧化性好和信噪比高等优点，可提高改善磁带和大容量软硬磁盘的性能【71。磁流体。用铁、镍、钴及其合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于医疗器械、密封减震、光显示、声音调节等领域。用永久磁铁将磁流体固

7、定在回转轴的周围，因周围固定件间与回转轴的空隙很小，其磁场强度特别大，从而能承受较大的沿轴线方向的推力，达到密封效果【s习】。另外一些金属纳米材料具有独特的压敏、气敏、湿敏、热敏等功能，将纳米技术应用于传感器上，可制成性能更优异的传感器【l01。在生物医学上，利用一些纳米颗粒的磁性，以其为载体制成导向剂，可使药物在外磁场的作用下聚集于体内的局部，从而对病理位置进行高浓度的药物治疗，特别适于癌症、结核等有固定病灶的疾病。2上海师范大学硕’{：学位论文第一章绪论1．1．3纳米材料的制备方法及其修饰到电极表面的方法目前，常用

8、5种方法制备贵金属纳米粒子：1)模板法，模板合成法是利用孔径为纳米或微米级的多孔材料为模板，结合化学沉积、电化学沉积等手段使物质沉积在模板的孔壁上形成所需要的纳米结构体，其典型特点是容易控制一维纳米材料的尺寸大小及形状，可制作多种结构的纳米材料”131。2)湿化学合成法，Murphy等【14小1提出了一种简便的、在溶液中制备Au纳