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金属—有机配位聚合物的结构调控及生物传感研究

作　者: 齐欣
导　师: 傅迎春
学　校: 湖南师范大学
专　业: 分析化学
关键词: 电化学生物传感器金属-有机配位聚合物多孔度酶包埋率传质效率葡萄糖氧化酶碳纳米管
分类号: O657.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

灵敏分析检测技术是当前疾病诊疗、食品安全、环境监测与保护等领域的核心问题和难点。生物传感有机结合生物活性材料(如酶、抗原／抗体、适体)的分子识别功能与物理化学传感换能技术,具有灵敏度高、分析速度快、能够进行实时监测、适用于复杂环境检测甚至活体分析等优点,是现代分析化学重要分支之一,也是最富前景的分析检测技术之一。生物活性分子的固定是研制生物传感器的关键环节,开发简便有效的固定方法和材料,对改善生物传感器性能至关重要。金属-有机配位聚合物(Metal-organic coordination polymers, MOCPs)的多孔度调节是性质和性能调节的关键,同时,其具有系列优异的性质,但在生物传感领域鲜有报道。本文中我们开发了几种调控金属-有机配位聚合物的结构的新方法并用于高效固定生物识别分子,研制了几种高敏电化学生物传感器。主要工作如下：1.化学氧化法调节配体链长调控MOCPs的结构和功能研发高效固定平台用于电化学生物传感。以双氧水为氧化剂控制对苯二硫酚(BDT)或2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑(DMcT)的化学氧化聚合以获得不同链长的寡聚物,再加入NaAuCl4引发金属-有机配位聚合,同时大量包埋葡萄糖氧化酶,最终制备不同多孔度和性能的复合物。改变双氧水浓度、预氧化时间等参数可简便调控生成不同链长的寡聚物,从而调控得到优化的MOCPs的结构(如孔径)和性能(如包埋能力等)。采用扫描电镜法、紫外-可见光谱法、和电化学等方法表征了复合物的结构、形貌、传质效率、酶包埋率和催化性能。基于新法构建的MOCPs对酶的包埋率高,接近100%,单体为BDT和DMcT时,用于检测葡萄糖检测灵敏度分别达135和104μA cm-2mM-1,分别是常规化学氧化聚合/配位聚合法的4.09/1.29倍和4.95/1.25倍,检测限比大部分同类传感器降低了两个数量级。2.开发了预配位法调控MOCPs结构与功能并用于安培生物传感。基于Cu2+仅与DMcT的S原子选择性配位特性,在DMcT和酶的水相溶液中,加入特定量的CuCl2,引发配位聚合得到特定长度的寡聚物,再加入氯金酸钠全方位配位聚合,同时原位大量包埋酶,制备目标复合物。通过控制DMcT与CuCl2加入比例,调控产物多孔度,进而调控和优化生物传感器的性能。FTIR光谱法、拉曼光谱法和电化学方法表征了所制备的MOCPs结构、传质效率、酶包埋率和催化性能。经CuCl2预配位形成的MOCPs对GOx的包埋能力和传质效率相比常规配位聚合法有显著提升,用于葡糖糖检测灵敏度高达127μA cm-2mM-1,检测限低。3.开发了基于碳纳米管和MOCPs的新型纳米生物复合物用于电化学生物传感。在碳纳米管表面吸附固定NaAuCl4生成配位位点,随后加入BDT配位聚合,同时原位包埋酶。将制得的复合物滴于电极,用于检测葡萄糖。碳纳米管表面预吸附金属离子进一步调控了MOCPs的微结构及性能,制备的碳纳米管-MOCPs生物纳米复合物相比常规配位聚合物对GOx的包埋和传质效率均显著提高,用于葡萄糖生物传感取得满意结果,灵敏度高达136μAcm-2mM-1。

全文目录

中文摘要  3-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-24
  1.1 电化学生物传感器  12-16
    1.1.1 电化学酶生物传感器  12-14
    1.1.2 生物活性分子的固定  14-16
  1.2 金属-有机配位聚合物  16-21
    1.2.1 金属-有机配位聚合物的合成方法  16-18
    1.2.2 金属-有机配位聚合物的应用  18-20
    1.2.3 金属-有机配位聚合物的结构调控  20-21
  1.3 纳米材料  21-22
  1.4 本文构思  22-24
第二章化学氧化法调控金属-有机配位聚合物的结构和功能用于制备高敏生物传感器  24-39
  2.1 引言  24-26
  2.2 实验部分  26-27
    2.2.1 仪器和试剂  26
    2.2.2 酶电极的制备及表征  26-27
    2.2.3 安培检测  27
  2.3 结果与讨论  27-37
    2.3.1 复合物的制备与表征  27-35
    2.3.2 生物传感器的性能  35-37
  2.4 小结  37-39
第三章化学预配位法调控金属-有机配位聚合物多孔度用于研制高敏安培生物传感器  39-49
  3.1 引言  39-40
  3.2 实验部分  40-41
    3.2.1 仪器和试剂  40
    3.2.2 酶电极的制备及表征  40-41
    3.2.3 安培检测  41
  3.3 结果与讨论  41-48
    3.3.1 复合物的制备与表征  41-47
    3.3.2 生物传感器的性能  47-48
  3.4 小结  48-49
第四章基于碳纳米管和金属-有机配位聚合物纳米生物复合物的新型安培生物传感器  49-57
  4.1 引言  49-50
  4.2 实验部分  50-51
    4.2.1 仪器与试剂  50
    4.2.2 酶电极的制备及表征  50-51
    4.2.3 安培检测  51
  4.3 结果与讨论  51-56
    4.3.1 复合物的制备与表征  51-54
    4.3.2 生物传感器的性能  54-56
  4.4 小结  56-57
结论和展望  57-59
参考文献  59-71
附录硕士期间发表的相关论文  71-72
致谢  72-73

金属—有机配位聚合物的结构调控及生物传感研究

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