基于不同維度納米材料構(gòu)筑第三代電化學(xué)生物傳感器的研究.pdf

1、關(guān)于氧化還原蛋白質(zhì)直接電化學(xué)的研究在環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)、能源科學(xué)和分析化學(xué)等領(lǐng)域引起越來(lái)越多科學(xué)家的關(guān)注。直接電化學(xué)的研究對(duì)于研究生物系統(tǒng)中各種酶之間電子相互傳遞以及開發(fā)新型的第三代電化學(xué)生物傳感器具有重要的意義。
　　 納米技術(shù)的發(fā)展為蛋白質(zhì)直接電化學(xué)的研究提供了新思路，納米材料所具有的比表面積大，催化活性高、特殊的物理化學(xué)性質(zhì)在促進(jìn)蛋白質(zhì)直接電化學(xué)以及提高生物傳感器性能方面有廣闊的應(yīng)用前景。本論文設(shè)計(jì)合成了不同維度的納米材料

2、，固定氧化還原蛋白質(zhì)構(gòu)造生物傳感器，研究蛋白質(zhì)的直接電化學(xué)性質(zhì)及其催化特性，探索納米材料形貌結(jié)構(gòu)和傳感器性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。具體內(nèi)容如下:
　　 1.以一維納米材料(MnO2納米棒)-陽(yáng)離子纖維素(QY)納米復(fù)合材料為固定化載體固定肌紅蛋白(Mb)，利用X-射線衍射(XRD)和掃描電鏡(SEM)對(duì)納米棒的結(jié)構(gòu)形貌進(jìn)行表征，傅立葉紅外光譜(FTIR)結(jié)果表明Mb在復(fù)合薄膜中保持了原有的天然結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了直接電子轉(zhuǎn)移，電子轉(zhuǎn)移速率K

3、s為7.81s-1。相對(duì)于Mb-MnO2/GC電極和Mb-QY/GC電極，Mb-MnO2-QY/GC電極構(gòu)建的H2O2傳感器表現(xiàn)出更優(yōu)良的性能，線性范圍是0.5-120μmol·L-1，檢測(cè)限為0.3μmol·L-1，同時(shí)制備電極具有良好的穩(wěn)定性，抗干擾性和重現(xiàn)性。
　　 2.以二維納米材料——無(wú)機(jī)納米片為組裝基元，采用帶相反電荷的TiO2納米片和Mb層層組裝，制備了(Mb/TiO2)n多層復(fù)合生物敏感膜。利用電化學(xué)交流阻抗(E

4、IS)和紫外吸收光譜(UV-Vis)檢測(cè)了層層組裝的過程。掃描電鏡照片(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)考察了薄膜的微觀形貌。Mb在薄膜中實(shí)現(xiàn)了快速直接電子轉(zhuǎn)移，該薄膜修飾電極對(duì)底物H2O2催化表現(xiàn)出較高的靈敏度0.616A·mol-1·L·cm-2。在MnO2納米片和Mb的基礎(chǔ)上，加入聚合物Nation，依然可以通過靜電吸引力成功實(shí)現(xiàn)層層組裝，制備(Mb/Nafion/Mb/MnO2)n多層復(fù)合薄膜，Mb在該薄膜中仍然實(shí)現(xiàn)了快速有效的

5、直接電子轉(zhuǎn)移。
　　 3.采用二維納米材料石墨納米片KS6和Nation復(fù)合固定血紅蛋白(Hb)。FTIR和UV-Vis結(jié)果表明Hb在復(fù)合材料中保持了原有的天然結(jié)構(gòu)，Hb在KS6-Nafion薄膜中實(shí)現(xiàn)了快速的電子轉(zhuǎn)移，Hb-KS6-Nafion修飾玻碳(GC)電極制備的NaNO2傳感器表現(xiàn)出較寬的檢測(cè)范圍8～460μmol·L-1和460～2300μmol·L-1，優(yōu)良的穩(wěn)定性和抗干擾性。
　　 4.采用水熱-焙燒的方

6、法設(shè)計(jì)合成了一種基于納米片的核殼中空三維結(jié)構(gòu)TiO2微球。利用XRD、SEM和透射電鏡(TEM)對(duì)微球形貌進(jìn)行表征并推測(cè)微球生長(zhǎng)機(jī)理。通過低溫氮吸附法(BET)、UV-Vis和電化學(xué)測(cè)試證明基于納米片的核殼中空結(jié)構(gòu)TiO2微球有利于固定生物分子辣根過氧化物酶(HRP)，利用其固定HRP構(gòu)造的H2O2傳感器表現(xiàn)出優(yōu)良的性能，在擁有較低檢測(cè)限0.05μmol·L-1的同時(shí)，擁有較寬的檢測(cè)范圍0.4～140μmol·L-1。
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