基于铜基金属有机框架材料的新型电化学传感器的构建及应用

摘要

近年来，金属有机框架材料（Metal organic frame materials,MOFs）的合成及应用愈加引人注目。MOFs具有裸露的催化活性位点、较大的表面积、较强的亲和力、优异的生物兼容性、可调的孔径和骨架结构，使其在电分析化学领域中的应用引起了人们的极大兴趣，如生物大/小分子以及重金属离子的的检测。 本论文简单论述了MOFs以及MOFs电化学传感器的研究进展，并基于此开展以下研究内容： （一）β-淀粉样蛋白（β-amyloid，Aβ）寡聚体在体内的水平与阿尔茨海默病的发展进程有关。利用负载金纳米粒子的铜基MOFs（gold nanoparticles-loded Cu-MOFs，AuNPs@Cu-MOFs）作信号探针构建了一种可灵敏测定人体内Aβ寡聚体含量的电化学适配体传感器。Cu-MOFs中含有大量的Cu2+，可以提高该传感体系的电化学信号，减少检测时间。此外，AuNPs@Cu-MOFs 不仅可以直接作为氧化还原介质，而且还可以作为固定生物分子的理想载体。在本研究中利用巯基化的适配体及其修饰的AuNPs@Cu-MOFs构筑夹心型电化学传感器，其中适配体是识别基团，AuNPs@Cu-MOFs是标记基团和信号放大基团。该适配体传感器检测Aβ寡聚体的线性范围为1 nmol·L-1~2 μmol·L-1，检测限为0.45 nmol·L-1。此外，该传感器具有较高的选择性和稳定性，对阿尔兹海默病的早期诊断具有重要的研究意义。 （二）无酶过氧化氢（Hydrogen peroxide,H2O2）电化学传感器的构建一直是H2O2测定领域的研究热点。利用简单的定向生长法在羧基化石墨烯修饰的电极表面成功制备了异质交联的Cu-MOFs 纳米片，并以 H2O2为模型分子，考察了Cu-MOFs/石墨烯纳米片的电化学性能。Cu-MOFs的多孔结构及催化活性有利于目标分子的转移和催化，石墨烯较高的导电性可以加快体系的电子转移，因此所构筑的电化学传感器对 H2O2 表现出较宽的线性检测范围（0.2~184.5μmol·L-1，相关系数0.998）以及较低的检测限（67 nmol·L-1）。Cu-MOFs具有大量孔隙，且孔形和孔径适宜，因此该传感器具有较高的选择性和灵敏度，可用于检测实际水样中的H2O2，对非酶电化学传感器的构建有一定的借鉴意义。 （三）双酚A（Bisphenol A，BPA）是一种典型的内分泌干扰物。利用Cu-MOFs 与电化学还原氧化石墨烯（Electrochemically reduced graphene oxide，ERGO）的复合材料（Cu-MOFs/ERGO）构建一种灵敏检测BPA的电化学传感器。与单纯的Cu-MOFs或ERGO修饰电极相比，BPA在Cu-MOFs/ERGO修饰电极表面的氧化活性显著增强。结果表明，在优化条件下，所构筑的传感器检测BPA的线性范围为0.02~90 μmol·L-1，检测限为6.7 nmol·L-1。由于Cu-MOFs良好吸附性和催化性以及 ERGO 优异导电性的协同效应，该电化学传感器具有较高的稳定性和抗干扰能力，可用于塑料制品中BPA含量的测定。

目录

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