高导电性的Te纳米棒、CuS纳米花、Ae纳米枝晶修饰电极的制备及其电化学生物传感器的研究

摘要

纳米材料是指在三维空间中其微小单元至少有一维处于纳米尺寸即1nm～100nm范围内，或者以它们作为基本单元构成的材料。纳米材料因其尺寸微小，故表现出与宏观材料不同的物理和化学性质，如表面效应、微尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应等。因此纳米材料一直是物理界、化学界和材料科学界等领域的研究热点。
　　 纳米材料比常规材料的比表面积大，应用于生物传感器时，可为酶提供更多的附着面积，进而增加了参与直接电化学反应的酶量，增强了电子信号，提高了生物酶传感器的灵敏度、选择性等很多方面的性能，为新型生物传感器的研发提供了更为广阔的平台。
　　 本文用不同的方法分别合成了高导电性的Te纳米棒、CuS凹陷多面体纳米花和Ag纳米枝晶。实验得到的纳米材料尺寸均匀，结构稳定，性能优良。将其与离子液体(ionic liquid，IL)、血红蛋白酶混合，形成均匀一致的膜，修饰于碳糊离子液体电极(carbon ionic liquid electrode，CILE)表面，可以得到电化学性能良好的生物酶电极。其中，室温离子液体是不可缺少的重要组成部分，它能促进混合液均匀地干燥成膜，加速电子信号的传输，进一步提高生物传感器的性能。
　　 本文的主要内容如下：
　　 1.采用水浴方法合成制备了Te纳米棒。将Te纳米棒与Hb、IL均匀混合，修饰到电极表面，构建了基于Hb的直接电化学生物传感器。对Hb-Te-IL修饰电极进行了电化学测试分析，结果表明纳米材料高的比表面积为Hb提供了更多的有效结合位点，电子传导信号得到了明显提高。该修饰电极对三氯乙酸(TCA)表现出良好的检测性能，检出限达到了0.104 mmol/L。
　　 2.在乙二醇溶剂中，采用溶剂热法合成制备了CuS凹陷多面体花状(简称花状CuS)纳米颗粒。将CuS纳米花与Hb、IL混合，滴涂于碳糊电极表面，自然干燥形成Hb-CuS-IL薄膜，制成生物酶电极，应用于生物传感器。IL的高粘滞度使混合液在干燥成膜过程中避免了“咖啡环效应”，促进了Hb的均匀分布；红外和紫外光谱分析结果表明，血红蛋白酶在Hb-CuS-IL混合物薄膜里很好的保持了其生物酶活性。电化学测试结果表明，该修饰电极对三氯乙酸(TCA)表现出了良好的检测性能，检出限达到了0.12mmol/L。
　　 3.以硝酸银和单质镁粉为主要原料，在冷水中置换反应制备了Ag枝晶纳米材料。EDS结果表明纳米材料只含Ag元素；XRD结果表明纳米材料为Ag晶体；SEM结果表明纳米材料的形貌为纳米枝晶状结构。将Ag纳米枝晶应用于生物传感器，制成Hb-Ag-IL混合物膜，修饰于石墨粉、液体石蜡和离子液体均匀混合得到的碳糊离子液体电极(CILE)上，并用萘酚包埋法将其固定到CILE表面，构建了Hb直接电化学生物传感器。Ag枝晶纳米材料高的比表面和高导电性明显提高了电子传导信号。电化学结果表明该修饰电极对H2O2表现出了良好的检测性能，检出限为1μmol/L。