酶在新型纳米结构TiO薄膜电极上的固定化及其生物电化学性能

摘要

纳米科学与技术的发展为新型高效、稳定的生物传感器的研发提供了条件。本论文主要是针对改性纳米TiO2与酶复合电极的制备及其生物电化学传感性能进行了研究，同时对所合成的纳米TiO2进行了光催化活性评价。努力实现纳米技术、生物传感技术和生物科学技术的三者有机结合。主要内容及结论如下： 在溶胶．水热法所合成的锐钛矿相TiO2纳米粒子基础上，通过浸渍过程实现了银、铂和钌这三种金属离子表面修饰的纳米TiO2粉体的合成。荧光汞灯辐射下的光催化实验结果表明，Pt的修饰提高了TiO2纳米粒子的杀菌效果，但效果并不十分明显。Ru的修饰降低了TiO2纳米粒子的杀菌效果。Ag的表面修饰显著地提高了TiO2纳米粒子的杀菌效果，尤其是在日光下也能够表现出较好的杀菌效果，进一步的拓展了其应用范围。 在溶胶．水热法所合成的锐钛矿相TiO2纳米晶基础上，利用模板剂调制的SiO2溶胶进一步合成了SiO2-TiO2复合纳米粒子。重点研究了复合SiO2对纳米锐钛矿相TiO2热稳定性及光催化活性的影响。结果表明，复合SiO2显著地提高了纳米锐钛矿相TiO2的热稳定性，甚至经过900℃热处理后仍然具有以锐钛矿相为主的相组成。在光催化降解罗丹明B实验过程中，经过高温热处理的复合纳米粒子样品表现出了优越于国际商品P25-TiO2的活性，这主要与其锐钛矿相结晶度提高而同时又有着较大比表面积等有关。 贵金属的修饰及结晶度的提高有利于光生电荷的传输与分离，这为研发新型高效的酶传感器提供了条件。采用光还原法合成了Au纳米粒子修饰的纳米SiO2-TiO2复合物(Au／SiO2-TiO2)，并将其应用于固定辣根过氧化物酶(HRP)，考察利用Au纳米粒子修饰的纳米SiO2-TiO2复合物加速HRP与玻碳电极之间的直接电子传递行为，探索研制非媒介体型的过氧化氢传感器。实验结果表明，Au在纳米SiO2-TiO2上的修饰提高了HRP的电化学响应，HRP／Au／SiO2-TiO2／GC电极的氧化还原峰电流大于HRP／SiO2-TiO2／GC电极的峰电流；HRP／Au／SiO2-TiO2／GC电极中的HRP对过氧化氢具有较强的催化作用，对H2O2具有快速地电流响应。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1生物传感器

1.1.1生物传感器的概念及发展

1.1.2生物传感器原理

1.1.3生物传感器的分类

1.1.4生物传感器的特点

1.1.5酶传感器

1.2酶固定化研究

1.2.1酶固定化方法

1.2.2酶的固定化载体研究进展

1.3基于纳米粒子-酶组装体系的生物电化学

1.4纳米二氧化钛粒子在生物传感器中的应用

1.4.1纳米二氧化钛的性质

1.4.2纳米二氧化钛粉体的制备方法

1.4.3蛋白质/酶在纳米二氧化钛上的固定

1.4.4硅基介孔材料的研究进展

1.5二氧化钛光催化杀菌

1.5.1二氧化钛光催化氧化杀菌的研究进展

1.5.2二氧化钛光催化氧化杀菌的机理

1.5.3二氧化钛光催化抗菌材料性能的提高

1.5.4纳米二氧化钛与其它抗菌剂的比较

1.6本课题研究目的意义和主要内容

1.6.1研究目的及意义

1.6.2研究主要内容

第2章实验材料及实验方法

2.1实验试剂和仪器设备

2.1.1实验试剂

2.1.2实验仪器和设备

2.2样品的制备

2.2.1氧化钛水热膏体的制备

2.2.2介孔二氧化硅修饰的二氧化钛纳米晶的制备

2.3材料表征方法

2.3.1 X-射线衍射

2.3.2傅立叶变换红外光谱

2.3.3拉曼光谱

2.3.4紫外-可见光谱

2.3.5扫描电子显微镜

2.3.6透射电子显微镜

2.3.7表面光电压谱

2.3.8电化学性能表征

2.4样品性能评价

2.4.1光催化性能测试

2.4.2抗菌性能评价

第3章二氧化钛纳米粒子的贵金属修饰及其光催化杀菌性能研究

3.1实验部分

3.1.1菌株

3.1.2培养基

3.1.3菌种活化

3.1.4菌种扩培

3.1.5 TiO2纳米粒子的制备

3.1.6 TiO2纳米粒子抗菌性能测试

3.2结果与讨论

3.2.1纳米二氧化钛粉末的表征

3.2.2纳米二氧化钛粉末杀菌性能研究

3.2.3表面修饰Pt纳米二氧化钛杀菌性能研究

3.2.4表面修饰Ru纳米二氧化钛杀菌性能研究

3.2.5表面修饰Ag纳米二氧化钛杀菌性能研究

3.3本章小结

第4章介孔SiO2修饰的高结晶度纳米TiO2粒子的制备及其光催化性能

4.1实验部分

4.1.1样品合成

4.1.2光催化降解罗丹明B

4.2结果与讨论

4.2.1 TEM表征

4.2.2 XRD表征

4.2.3 Raman表征

4.2.4 IR表征

4.2.5 XPS表征

4.2.6 DRS表征

4.2.7 N2吸附-脱附等温曲线

4.2.8光催化性能评价

4.3本章小结

第5章HRP在Au/SiO2-TiO2电极上固定化及其生物传感性能

5.1实验部分

5.1.1采用光还原法合成纳米Au/SiO2-TiO2复合物

5.1.2制备HRP/Au/SiO2-TiO2/GC电极

5.1.3电化学仪器与方法

5.2结果与讨论

5.2.1 HRP/Au/SiO2-TiO2/GC电极的电化学阻抗研究

5.2.2基于Au/SiO2-TiO2的HRP的直接电化学

5.2.3 HRP/Au/SiO2-TiO2/GC电极的生物电化学测试

5.2.4 HRP/Au/SiO2-TiO2/GC电极的稳定性

5.3本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文