功能化碳纳米管修饰的化学与生物传感器研究

摘要

本论文旨在利用碳纳米管(CNTs)负载Fe3O4合成磁性碳纳米管，集分离、富集、测定于一体，并以此作为传感器的增强剂，实现对牛血清白蛋白(BSA)的测定以及碳纳米管羧基化，在此基础上制备高灵敏和高选择性的新型的尿酸和葡萄糖化学和生物传感器。碳纳米管修饰到电极上提高了电极电催化效率、电极和酶之间的电子交换速率，采用循环伏安、线性扫描、计时电流法、扫描电子显微镜技术对修饰电极进行了表征。 采用化学沉积法在碳粉上合成纳米磁性Fe3O4颗粒，吸附茜素红S(ARS)后通过磁力附着在石墨电极上，制成了纳米磁性碳粉修饰电极。研究了该电极对ARS-BSA的电还原作用，考察了多种实验条件的影响。线性范围0.001～0.06mg/mL，用于牛血清样品中BSA的测定，回收率在96.8～106.3％，初步研究了电化学反应机理。该磁性修饰电极集分离、富集、测定和更新于一体。CNTs负载纳米磁性颗粒Fe3O4吸附ARS后通过磁力修饰在石墨裸电极上，做成了电活性的磁性CNTs修饰电极。研究了该电极对ARS-BSA的电还原作用，考察了多种实验条件的影响。线性范围(0.04～1.5)×10-4μg/mL，实现了对BSA的低浓度测定。电极反应速率常数k0=4.6s-1，电子转移系数α=0.19；该磁性修饰电极集分离、富集、测定和更新于一体，能够测定纳克级的BSA。 碳纳米管经硝酸羧基化处理后使吸附主体的堆积孔增多，富集尿酸的作用增强，缩短了富集时间，增加了灵敏度和重现性。实验考察了多种实验条件的影响，方法的检出限为0.02ng/mL(S/N=3)，灵敏度3.0744μA/(ng/mL)，检测线性范围为0.1～4ng/mL。应用尿样中尿酸含量的测定，回收率在99～105％之间。抗坏血酸对测定的无干扰。 CNTs修饰的葡萄糖传感器是利用CNTs上的羧基与GOx的氨基相互作用固定酶，增加了酶的稳定性，表观米氏常数Km=1.77×10-4mol/L。考察了多种实验条件的影响，酶电极的检出限为1×10-8mol/L(S/N=3)，线性范围为1.5×10-7～4×10-5mol/L。尿酸对测定无干扰。用于人血清中葡萄糖含量的测定，回收率在96～105％之间。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明和关于论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1新型材料碳纳米管

1.1.1碳纳米管的结构

1.1.2碳纳米管的特性

1.2碳纳米管的功能化

1.2.1碳纳米管的有机修饰

1.2.2碳纳米管的无机修饰

1.3碳纳米管在分析化学中应用

1.3.1扫描探针显微镜的探针

1.3.2碳纳米管修饰化学传感器

1.3.3碳纳米管修饰生物传感器

1.3.4与其它仪器联用

第2章纳米磁性碳粉修饰电极

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1仪器与试剂

2.2.2磁性碳粉的制备

2.2.3茜素红S修饰的磁性电极的制备

2.2.4样品表征

2.2.5实验方法

2.3结果与讨论

2.3.1碳粉沉积的纳米磁性颗粒Fe3O4的透射电镜分析

2.3.2ARS修饰的磁性碳纳米粉修饰电极对BSA的伏安特性

2.3.3 pH的选择

2.3.4峰电流与扫速的关系

2.3.5峰电流与牛血清白蛋白浓度的关系

2.3.6 ARS修饰磁性石墨电极的电化学行为

2.3.7分析应用

2.3.8结论

2.4本章小结

第3章磁性碳纳米管修饰电极的研制

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1仪器与试剂

3.2.2磁性CNTs的制备

3.2.3磁性CNTs修饰电极的制备

3.2.4磁性CNTs的表征

3.2.5实验方法

3.3结果与讨论

3.3.1 CNTs沉积的纳米磁性颗粒Fe3O4的透射电镜分析

3.3.2磁性CNTs修饰电极对牛血清白蛋白的伏安特性

3.3.3pH的选择

3.3.4峰电流与扫速的关系

3.3.5峰电流与牛血清白蛋白浓度的关系

3.3.6电极反应速率常数的测定

3.3.7结论

3.4本章小结

第4章羧基化碳纳米管修饰电极的尿酸传感器

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1仪器与试剂

4.2.2羧基化碳纳米管的制备

4.2.3羧基化碳纳米管修饰电极的制作

4.2.4实验方法

4.3结果与讨论

4.3.1羧基化碳纳米管修饰电极的电化学行为

4.3.2酸度的影响

4.3.3富集时间

4.3.4扫描速度的影响

4.3.5线性范围和检测限

4.3.6干扰实验

4.3.7重现性与稳定性

4.3.8分析应用

4.3.9结论

4.4本章小结

第5章碳纳米管修饰电极生物传感器

5.1安培型葡萄糖生物传感器基本原理

5.1.1葡萄糖氧化酶催化氧化葡萄糖的机理

5.1.2安培型葡萄糖生物传感器工作原理

5.2碳纳米管修饰的安培型葡萄糖传感器

5.2.1引言

5.2.2实验

5.2.3结果与讨论

5.3本章小结

第6章总结

参考文献

致 谢

个人简历

申请学位期间的参与科研项目及发表的学术论文