PMMA@polyelectrolyte核壳纳米颗粒的电化学性质及其在生物传感器中的应用

摘要

核壳结构纳米颗粒(CSNs)是一种结构良好的功能高分子模板，具有特殊的电学，磁学以及热学性质。近年来，有关CSNs在生物传感器应用中的研究已被广泛开展。利用纳米材料作为酶载体，一方面，可以增大载体的比表面积，进而增加对酶的负载能力，另一方面，可通过对纳米材料的功能化，提高对酶的固定化能力以及对信号的传递能力。基于上述基础，本工作利用MMA一单体与聚电解质(包括chitosan，PEI，casein)通过接枝聚合得到PMMA@polyelectrolyce核壳纳米结构，研究了PMMA@polyelectrolyte修饰电极的电化学性质，还考察了PMMA@polyelectrolyte固定化葡萄糖氧化酶(GOx)后作为葡萄糖电化学生物传感器的可行性，具体内容如下： 1．通过接枝共聚反应合成了PMMA@polyeletrolyte核壳纳米颗粒，然后利用IR，TGA，SEM，TEM等对纳米粒子的成分，结构，形貌进行了表征。通过CV，EIS等手段，对PMMA@polyelectrolyte修饰电极的电化学性质进行了探讨并对其中的影响因素进行了分析。首先通过对PMMA@polyelectrolyte修饰电极的CV表征，提取其中的峰电流以及峰电位参数，然后对各自的大小序列进行了比较。同时对：PMMA@polyelectrolyte修饰电极在探针溶液以及PBS中的EIS进行了分析，研究了PMMA@polyelectrolyte膜界面性质。并对探针溶液在PMMA@polyelectrolyte修饰电极的传递过程进行分析以及对PMMA内核传导性能进行计算，归结出静电作用、基体电极效应、亲水作用以及布朗运动对探针分子在PMMA@polyelectrolyte修饰电极中的传质具有重要影响。 2．分别考察了不同基底电极，以及不同修饰方法所得基于PMMA@polyelectrolyte负载GOx的葡萄糖传感器的响应性能。最后选择共价交联法制作了基于PMMA@polyelectrolyte以及GOx的葡萄糖传感器，利用循环伏安法(CV)以及电流时间曲线对葡萄糖传感器的性能进行表征，分别比较了基于三种PMMA@polyelectrolyte作为GOx载体的葡萄糖传感器的灵敏度以及米氏常数。结果表明所得传感器具有较快的响应时间以及较好的重现性：PMMA@polyelectrolyte外层氨基的亲水能力，氨基的活泼性以及其与电极表面的相互作用对传感器的性能产生一定的影响；不同基底电极会造成敏感膜的表面性质不同，对传感器的性能产生较大影响；PMMA的不良导电性会导致电信号的损失。同时由于核壳纳米颗粒的PMMA内核失水后立体结构容易发生坍塌，因而传感器的工作寿命较短。另外抗干扰实验表明，由于Nation膜的引入，在起到保护敏感膜的同时也对多巴胺的干扰具有较大的响应，不利于实际分析的应用。尽管基于PMMA@polyelectrolyte的传感器还存在一些缺陷，但其良好的分散能力以及亲水性可有效地保持酶活性，另外其表面所带的正电荷也可以利用于层层组装的过程之中。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要缩写对照表

第一章绪论

1.1核壳纳米颗粒的分类以及应用

1.2 CSNs的电催化性能以及其在生物传感器中的应用

1.3 CSNs电催化机理探索现状

1.4聚电解质物理模型的研究现状

1.5酶固定化技术以及纳米材料在酶载体中的应用简介

1.6双亲性CSNs的合成方法以及应用简介

1.7 PMMA和聚电解质的应用简介

1.8本论文的研究思路

第二章PMMA@polyelectrolyte的合成、表征以及电化学性质探讨

2.1试剂和仪器

2.2实验方法

2.2.1 PMMA@polyelectrolyte修饰电极的制备

2.2.2修饰电极的电化学表征

2.3 PMMA@polyelectrolyte的合成和表征

2.3.1 PMMA@polyelectrolyte的合成

2.3.2 PMMA@polyelectrolyte的FT-IR表征

2.3.3 PMMA@polyelectrolyte的热重分析表征

2.4 PMMA@polyelectrolyte的物理形貌表征

2.4.1 PMMA@polyelectrolyte在水中的分散效果研究

2.4.2 PMMA@polyelectrolyte在载玻片上的物理形貌

2.4.3 PMMA@polyelectrolyte修饰电极的物理形貌

2.5 PMMA@polyelectrolyte修饰电极的电化学表征

2.5.1 PMMA@polyelectrolyte修饰电极的CV表征

2.5.2 PMMA@polyelectrolyte修饰电极的电化学参数比较

2.5.3扫描速率对PMMA@polyelectrolyte修饰电极电化学参数的影响

2.5.4 PMMA@polyelectrolyte在GC表面的修饰量与催化比率以及扫描速率的关系

2.5.5不同基底电极下的扫描速率与峰电流比率的关系

2.6 GC/PMMA@polyelectrolyte的EIS表征

2.6.1 GC/PMMA@polyelectrolyte在探针溶液中的EIS表征

2.6.2 GC/PMMA@polyelectrolyte的电位窗口考察

2.6.3 GC/PMMA@polyelectrolyte在PBS中的EIS曲线

2.7 PMMA@polyelectrolyte修饰电极的电子传递机理探讨

2.8小结

第三章PMMA@polyelectrolyte在生物传感器中的应用研究

3.1试剂和仪器

3.2实验方法

3.2.1基于Au作为基底电极的PMMA@casein，PMMA@chitosan，PMMA@PEI传感器的制作

3.2.2无载体酶电极的制作

3.2.3基于GC电极的传感器制作

3.2.4传感器的电化学表征

3.2.5 PMMA@polyelectrolyte的TEM表征样品制作

3.3 PMMA@polyelectrolyte固定化酶后的物理表征

3.3.1 PMMA@polyelectrolyte-GA-GOx的SEM表征

3.3.2 PMMA@polyelectrolyte-GA-GOx的TEM表征

3.4基于PMMA@polyelectrolyte酶载体的葡萄糖传感器研制

3.4.1基底电极的选择

3.4.2不同种类的修饰电极对H2O2的电化学响应研究

3.4.3不同修饰方法对传感器响应信号及响应时间的影响

3.4.4不同种类传感器响应大小的研究

3.4.5工作电位对传感器响应信号的影响

3.4.6传感器的标准曲线和米氏常数以及重现性

3.4.7传感器的抗干扰实验

3.4.8传感器的工作寿命研究

3.5传感器的机理讨论

3.6小结

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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