基于新型碳材料構建高性能光電化學適配體傳感器用于抗生素檢測研究.pdf

1、光電化學傳感是基于光電轉(zhuǎn)換而發(fā)展起來的一種新型分析方法，因具有裝置簡單、價格便宜及靈敏度高等優(yōu)勢，而被廣泛用于各種物質(zhì)的分析檢測。光電化學核酸適配體傳感器是以適配體為特異性識別元素所構建的具有高選擇性的光電化學傳感器，其中光電活性材料是傳感器核心組成部件，其光電轉(zhuǎn)換效率對傳感器的響應性能有很大的影響，因此，開發(fā)具有高光電轉(zhuǎn)換效率的光電活性材料是發(fā)展此類高性能傳感器的有效途徑之一。另一方面，抗生素濫用問題日益嚴峻：抗生素濫用不僅導致其對水

2、體及土壤產(chǎn)生嚴重的危害，例如破壞生態(tài)系統(tǒng)及產(chǎn)生“超級細菌”；而且，其對人體也產(chǎn)生各種危害，如使人體產(chǎn)生耐藥性、損害人體器官和產(chǎn)生各種過敏反應或變態(tài)反應等。因此，發(fā)展快速、準確的抗生素殘留物檢測方法具有重要的意義。本論文在開發(fā)幾種具有高光電活性碳材料基礎上，結(jié)合核酸適配體，發(fā)展了多種高性能的光電化學核酸適配體傳感器，用于抗生素的高靈敏度、高選擇性檢測，主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）研制在水中有良好分散性的石墨相氮化碳（w-g-C3N

3、4）和氧化石墨烯（GO）的復合材料作為可見光光電活性材料，以與卡拉霉素具有特異性作用的適配體為識別元件，構建了一種用于檢測卡拉霉素的新型光電化學適配體傳感器。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，適量的GO摻雜能有效地提升w-g-C3N4的可見光光電流響應，有利于構建高靈敏光電化學傳感器；而且，GO/w-g-C3N4擁有大的比表面積和π-共軛結(jié)構，可與適配體通過π-π堆砌作用與其結(jié)合固定在傳感器表面，為適配體的固定提供了優(yōu)異的平臺；當待測液中有卡拉霉素時，傳感

4、器上的適配體可捕獲卡拉霉素分子，使光電流得到提升，在優(yōu)化條件下，傳感器的光響應電流與卡拉霉素濃度在1 nM~230 nM范圍為存在線性關系，檢測限為0.2 nM；此外，該傳感器具有很高的選擇性、良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。這些研究結(jié)果表明，GO/w-g-C3N4復合材料與適配體組合可成功地用于構建高性能光電化學適配體傳感器。
　?。?）用一步水熱法制備氮摻雜石墨烯量子點（N-GQDs）作為傳感器的核心光電轉(zhuǎn)換材料，利用無標記的核酸適配體

5、作為生物識別元件，構建用于檢測氯霉素的光電化學適配體傳感器。透射電鏡表征顯示，所制備的N-GQDs以2.14 nm平均粒徑窄尺寸分布；X射線光電子能譜儀和紅外光譜分析表明氮原子已成功地摻雜進了GQDs；紫外-可見吸收光譜測試結(jié)果表明，氮摻雜能顯著提升GQDs在可見光區(qū)的吸收，從而有效地提升了GQDs的光電活性；另一方面，N-GQDs的π-共軛結(jié)構可通過π-π堆砌作用與適配體固定結(jié)合。基于這種適配體與N-GQDs構建的傳感器對不同濃度的氯

6、霉素有良好的光電響應性能，線性響應范圍為10 nM~250 nM，檢測限為3.1 nM。而且，傳感器具有高靈敏度、高選擇性的特點，已成功地應用于實際樣品中氯霉素的檢測。
　?。?）制備了g-C3N4與CdS量子點（CdS QDs）的復合光電材料，用于構建四環(huán)素檢測的光電化學適配體傳感器。對于所研制的g-C3N4-CdS QDs復合材料，表面形貌觀察表明，平均尺寸約4 nm的CdS QDs以緊密接觸方式分布在g-C3N4表面上；紫外

7、-可見漫反射光譜顯示，g-C3N4在可見光區(qū)的吸收因CdS QDs的耦合而顯著增強；與單組分光電材料相比，g-C3N4-CdS QDs復合材料具有較高的光電化學活性。將此g-C3N4-CdS QDs復合材料用作傳感器組件，并在其上固定適配體作生物識別元件，構建了一種用于四環(huán)素檢測的可見光驅(qū)動的光電化學適配體傳感器，對四環(huán)素的線性響應范圍為10 nM~250 nM，檢測限為5.3 nM。本研究成功地證實，經(jīng)CdS QDs敏化后的g-C3N