学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于氧化物纳米材料的葡萄糖电化学生物传感研究

作　者: 秦兴章
导　师: 李娟
学　校: 扬州大学
专　业: 物理化学
关键词: 纳米氧化物直接电化学葡萄糖葡萄糖氧化酶生物传感器
分类号: O657.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 75次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

1.基于新型介孔二氧化硅纳米球的葡萄糖电化学生物传感器本文提出了利用介孔二氧化硅纳米球(MSN)固载蛋白质来修饰玻碳电极(GCE)。以葡萄糖氧化酶(GOD)为例,首次研究了在MSN修饰电极上的蛋白质直接电化学传感。MNS具有很大的比表面积,并为促进酶和电极表面之间的直接电子传递提供了一个有利的微环境。采用扫描电子显微镜,透射电子显微镜,紫外-可见光谱和循环伏安法研究了GOD和MSN之间的相互作用。结果表明,固定在MSN上的酶保留了其天然结构和生物活性。此外,电化学测试显示了该电极反应是表面控制过程,且是可逆的两质子、两电子转移过程,表面电子传递速率常数为3.96s-1。基于MNS的该葡萄糖生物传感器有两个线性范围,分别为0.04-2.0mM和2.0-4.8mM,灵敏度为14.5mA M-1cm-2时,检测限为0.02mM(S/N=3)。且所制备生物传感器具有良好的选择性,重现性,可接受的稳定性,在-0.45V的工作电位下,可以成功地对实际样品中葡萄糖进行无试剂检测。本实验工作表明,采用新型介孔二氧化硅纳米微球固载蛋白质为制作葡萄糖生物传感器提供了一种优良的方法。2.基于多孔四氧化三铁-壳聚糖的葡萄糖电化学生物传感器采用溶剂热法合成了多孔四氧化三铁纳米粒子,并用透射电镜(TEM)、扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射和氮气吸附-脱附技术来观察微球的表面形态和大小。Fe3O4纳米粒子分散于壳聚糖(CS)溶液中,以其为模板固载葡萄糖氧化酶,并将其修饰于玻碳电极表面,构筑了葡萄糖传感器。本论文研究了扫速,pH和其他条件对该传感器电化学行为的影响。基于Fe3O4-CS的传感器对葡萄糖的检测范围是0.04-1.6mM,灵敏度为25.1mA M-1cm-2,检测限为1.4×10-2mM (S/N=3)。表面覆盖率Γ为3.094×10-11mol cm-2,米氏常数KM=13.37mM.电化学测试表明：该电极反应是表面控制过程,且是两电子两质子传递过程。该传感器体现了直接电化学行为并且具有很好的稳定性、选择性以及较快电子传递速率。3.基于棒状氧化铜纳米材料的无酶传感研究采用简单的水热法合成了氧化铜纳米棒,通过透射电镜(TEM)和扫描电镜(FE-SEM)能谱及X射线衍射对其进行表征。以乙醇分散的氧化铜纳米棒滴涂在玻碳电极表面,干燥后制得无酶葡萄糖电化学生物传感器。本论文对该传感器阻抗,电位选择及干扰对葡萄糖响应性的影响进行了研究。电化学测试表明该氧化铜电极阻抗很小,具有较好电子传递,电位在+0.55V时对葡萄糖响应电流较大且干扰小。其对葡萄糖的检测范围是5μM-8.6mM,灵敏度231.7mA M-1cm-2,最低检测限：9.0×10-4mM(S/N=3)。实际血清检测结果表明,该传感器在无酶检测葡萄糖上具有很好的应用前景。4.基于增强传感器性能的氧化铜-金纳米材料的无酶传感研究本章合成了分散性较好的金胶纳米粒子,并掺杂在前章采用简单的水热法合成的氧化铜纳米棒中,配制一定比例的混合溶液来修饰玻碳电极表面,干燥后制得无酶葡萄糖电化学生物传感器。研究了该传感器对葡萄糖响应性、金胶掺入量、电解质氢氧化钠浓度、电位及干扰物的影响。电化学测试表明：基于氧化铜-金胶修饰的电极大大提高了传感器的性能,这可能是由于金纳米粒子的激化效应所致。如我们所见,该传感器检测葡萄糖线性范围(0.5mM-21.0mM)较只使用CuO修饰电极明显宽很多。此外,该传感器具有较好电子传递,电位在+0.5V时对葡萄糖响应电流较大且干扰小,灵敏度为70.5mA M-1cm-2,最低检测限为2.7×10-6mM(S/N=3).所制备的CuO-Au电化学生物传感器在无酶传感中具有很大潜在应用。

全文目录

中文摘要  6-8
Abstract  8-11
第一章绪论  11-27
  1.1 电化学生物传感器  11-14
    1.1.1 电化学生物传感器的研究现状  11-12
    1.1.2 电化学生物传感器的结构及基本原理  12-13
    1.1.3 电化学生物传感器的分类  13-14
  1.2 纳米材料  14-19
    1.2.1 纳米材料的定义及其分类  14
    1.2.2 纳米材料的特性  14-16
    1.2.3 氧化物纳米材料  16-19
      1.2.3.1 氧化物纳米材料的制备  16-18
      1.2.3.2 氧化物纳米材料的表征  18
      1.2.3.3 氧化物纳米材料在电化学传感器中的应用  18-19
  1.3 酶的固定技术  19-22
    1.3.1 吸附法  20
    1.3.2 共价键合法  20-21
    1.3.3 包埋法  21
    1.3.4 亲和力连接法  21
    1.3.5 交联法  21-22
  1.4 研究课题的提出  22-23
  参考文献  23-27
第二章基于新型介孔二氧化硅纳米球的葡萄糖电化学生物传感器  27-45
  2.1 引言  27-28
  2.2 实验部分  28-29
    2.2.1 试剂  28
    2.2.2 仪器  28
    2.2.3 介孔SiO_2纳米球的制备  28-29
    2.2.4 GOD-SiO_2/Nafion/GCE酶电极的制备  29
  2.3 结果与讨论  29-42
    2.3.1 材料的表征  29-31
      2.3.1.1 SiO_2NPs的电镜表征  29-30
      2.3.1.2 SiO_2NPs的BET表征  30
      2.3.1.3 紫外表征  30-31
    2.3.2 GOD-SiO_2/Nafion/GCE修饰电极的电化学性质研究  31-42
      2.3.2.1 GOD-SiO_2/Nafion/GCE修饰电极的电化学行为  31-32
      2.3.2.2 GOD-SiO_2/Nafion/GCE修饰电极不同扫速下的循环伏安  32-33
      2.3.2.3 溶液pH对GOD-SiO_2/Nafion/GCE修饰电极响应性能的影响  33-34
      2.3.2.4 不同浓度的PBS缓冲液对电极响应性能的影响  34-35
      2.3.2.5 GOD载入量的优化  35-36
      2.3.2.6 机理验证  36-37
      2.3.2.7 GOD-SiO_2/Nafion/GCE修饰电极对葡萄糖的安培响应性能  37-39
      2.3.2.8 GOD-SiO_2/Nafion/GCE修饰电极重现性及稳定性研究  39
      2.3.2.9 GOD-SiO_2/Nafion/GCE修饰电极抗干扰性能研究  39-40
      2.3.2.10 GOD-SiO_2/Nafion/GCE修饰电极在实际样品测定中的应用  40-42
  2.4 结论  42-43
  参考文献  43-45
第三章基于多孔四氧化三铁-壳聚糖电化学葡萄糖传感研究  45-60
  3.1 引言  45-46
  3.2 实验部分  46-47
    3.2.1 试剂  46
    3.2.2 仪器  46
    3.2.3 多孔Fe_3O_4纳米球的制备  46-47
    3.2.4 Fe_3O_4-CS溶液的配制  47
    3.2.5 GOD/Fe_3O_4-CS/GCE酶电极的制备  47
  3.3 结果与讨论  47-58
    3.3.1 材料的表征  47-51
      3.3.1.1 材料的电镜表征  47-48
      3.3.1.2 多孔Fe_3O_4纳米球的BET表征  48-49
      3.3.1.3 多孔Fe_3O_4纳米球的结构的表征  49-51
      3.3.1.4 GOD,Fe_3O_4-CS-GOD,Fe_3O_4-CS的紫外表征  51
    3.3.2 电化学性质研究  51-58
      3.3.2.1 GOD/Fe_3O_4-CS/GCE修饰电极的电化学行为  51-52
      3.3.2.2 GOD/Fe_3O_4-CS/GCE修饰电极不同扫速下的循环伏安  52-54
      3.3.2.3 不同pH对GOD/Fe_3O_4-CS/GCE修饰电极的响应性能影响  54
      3.3.2.4 GOD/Fe_3O_4-CS/GCE修饰电极对葡萄糖的安培响应性研究  54-55
      3.3.2.5 GOD/Fe_3O_4-CS/GCE修饰电极检测葡萄糖的抗干扰研究  55-56
      3.3.2.6 机理验证  56-57
      3.3.2.7 GOD/Fe_3O_4-CS/GCE修饰电极的重现性和稳定性研究  57-58
      3.3.2.8 GOD/Fe_3O_4-CS/GCE修饰电极在实际样品检测中的应用  58
  3.4 结论  58-59
  参考文献  59-60
第四章基于氧化铜纳米棒的无酶传感研究  60-72
  4.1 引言  60-61
  4.2 实验部分  61-62
    4.2.1 试剂  61
    4.2.2 仪器  61
    4.2.3 氧化铜纳米棒的制备  61
    4.2.4 CuO/Nafion/GCE葡萄糖生物传感器的制备  61-62
  4.3 结果与讨论  62-69
    4.3.1 CuO纳米材料的表征  62-64
      4.3.1.1 CuO纳米材料的电镜表征  62-63
      4.3.1.2 CuO纳米材料的XRD表征  63-64
    4.3.2 电化学性质研究  64-69
      4.3.2.1 CuO/Nafion/GCE修饰电极阻抗测试  64
      4.3.2.2 CuO/Nafion/GCE生物电极对葡萄糖响应性机理研究  64-66
      4.3.2.3 操作电位的选择  66-67
      4.3.2.4 CuO/Nafion/GCE修饰电极对葡萄糖的安培响应性研究  67
      4.3.2.5 CuO/Nafion/GCE修饰电极检测葡萄糖的抗干扰性能研究  67-68
      4.3.2.6 CuO/Nafion/GCE修饰电极的重现性和稳定性研究  68-69
      4.3.2.7 CuO/Nafion/GCE修饰电极在检测实际样品中的应用  69
  4.4 结论  69-70
  参考文献  70-72
第五章基于增强传感器性能的氧化铜-金纳米材料的无酶传感研究  72-81
  5.1 引言  72
  5.2 实验部分  72-73
    5.2.1 试剂  72
    5.2.2 仪器  72-73
    5.2.3 金胶的制备  73
    5.2.4 CuO-Au/Nafion/GCE葡萄糖生物传感器的制备  73
  5.3 结果与讨论  73-79
    5.3.1 CuO-Au纳米材料的电镜表征  73-74
    5.3.2 CuO-Au/Nafion/GCE生物电极电化学性质研究  74-79
      5.3.2.1 CuO-Au/Nafion修饰电极的电化学行为  74-75
      5.3.2.2 金胶掺入量的优化  75
      5.3.2.3 电解质NaOH浓度影响  75-76
      5.3.2.4 电位选择  76-77
      5.3.2.5 CuO-Au/Nafion/GCE修饰电极检测葡萄糖的抗干扰性能研究  77
      5.3.2.6 CuO-Au/Nafion/GCE修饰电极的安培响应性研究  77-78
      5.3.2.7 CuO-Au/Nafion/GCE修饰电极的重现性和稳定性研究  78
      5.3.2.8 CuO-Au/Nafion/GCE修饰电极检测实际样品的应用  78-79
  5.4 结论  79-80
  参考文献  80-81
硕士期间发表文章  81-82
致谢  82-83

基于氧化物纳米材料的葡萄糖电化学生物传感研究

内容摘要

全文目录

相似论文