电活性PEDOT/纳米复合材料应用于B族维生素的检测

摘要

电化学生物传感器具有灵敏性、便携性、特异性、快捷性、低成本和实时在线检测与分析等特点，因此在生物医学、环境检测、食品和医药工业等领域有着重要的应用价值。近年来，采用新技术、新材料成为电化学生物传感器的主流发展方向，其中基于聚（3，4-乙撑二氧噻吩）(PEDOT)纳米复合材料的电化学生物传感器是目前的研究热点。PEDOT具有高电导率、良好的环境稳定性和生物兼容性，并且具备导电聚合物的柔韧性及可加工性等性能，已经引起了科学界的广泛关注。然而，PEDOT存在理论比容量低、电催化活性不够理想等缺点而限制了其进一步的应用。为此，选用具有优异性能的纳米材料与PEDOT复合制备PEDOT纳米复合材料可以弥补上述缺陷。本论文主要围绕电活性PEDOT/纳米复合材料的可控制备及其传感应用开展了相关的研究。具体研究工作如下:
　　(1)通过掺杂法制备PEDOT电活性物质(羧基化的二茂铁离子(Fc-)和亚铁氰跟离子（Fe(CN)64-)）纳米复合膜，所制备的纳米薄膜可以构建生物传感器应用于VB2、VB6和VC的同时检测。实验结果表明，该传感器对于VB2、VB6和VC的检测具有良好的选择性，较高的灵敏度和快速的传感响应。此外，电活性物质可以有效地提高PEDOT的电催化活性和电导率。
　　(2)通过掺杂法制备PEDOT/苯磺酸衍生物复合物膜，用于VB2、 VB9和VC的电催化研究。通过比较PEDOT/苯磺酸衍生物复合修饰电极，得出PEDOT/对氨基苯磺酸离子(p-ABS-)膜对VB2、 VB9和VC具有高的电催化峰电流，宽的线性范围（分别为0.05～200μmol/L，0.5～1000μmol/L和1～1500μmol/L），低的检出限（分别为0.015μmol/L，0.12μmol/L和0.46μmol/L）。实验结果表明，纳米结构的PEDOT/p-ABS膜具有大的有效表面积，且p-ABS-上的氨基与VB2、VB9和VC能够产生氢键和静电作用。
　　(3)利用一步共沉积法制备PEDOT/二氧化锆纳米颗粒(ZrO2NPs)纳米复合材料修饰电极，并对VB2、VB9和VC进行同时检测。VB2、VB6和VC的检测灵敏度高，检出限分别达到0.012μmol/L，0.20μmol/L和0.45μmol/L。实验结果表明，该修饰电极具有良好的稳定性，经过连续20次的重复性试验，其响应信号仍能达到原始信号的100％。此外，ZrO2NPs可有效提高PEDOT的比表面积和催化性能。
　　(4)利用电化学法制备PEDOT/β-环糊精功能化的单壁碳纳米管(β-CD-SWCNT)复合材料，基于该纳米复合材料修饰电极构建的电化学生物传感器对叶酸(FA)和尿酸(UA)表现出良好的电催化活性。实验数据显示FA的线性范围为1～1000μmol/L，检出限为0.8μmol/L，UA的线性范围为0.1～500μmol/L，检出限为0.07μmol/L。实验结果表明，PEDOT/β-CD-SWCNT复合材料电活性好、有效表面积大，可以作为FA和UA有效的电子转移介质，其构建的传感器表现出良好的稳定性和选择性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 电化学生物传感器概述

1．2 电化学生物传感器的分类

1．3 电化学生物传感器的应用

1．3．1 在环境监测领域的应用

1．3．2 在生物医学领域的应用

1．3．3 在食品和医药工业领域的应用

1．4 PEDOT

1．4．1 PEDOT的合成

1．4．2 PEDOT的性能

1．4．3 PEDOT的应用

1．5 PEDOT纳米复合材料

1．5．1 PEDOT纳米复合材料的制备

1．5．2 PEDOT纳米复合材料的研究进展

1．5．3 PEDOT纳米复合材料在电化学生物传感器中的应用

1．6 研究思想与研究内容

第二章 实验材料与条件

2．1 试剂与仪器

2．1．1 主要试剂

2．1．2 主要仪器

2．2 实验方法

2．2．1 仪器装置

2．2．2 实验流程及方法

第三章 电活性物质掺杂PEDOT对VB2、VB6和VC的电化学检测

3．1 结果与讨论

3．1．1 制备PEDOT／ClO4-、PEDOT／Fc-和PEDOT／Fe(CN)64-修饰电极

3．1．2 聚合物膜形貌与结构表征

3．1．3 电活性物质掺杂PEDOT修饰电极电化学表征

3．1．4 修饰电极的电催化性能表征

3．1．5 PEDOT／ClO4-、PEDOT／Fc-和PEDOT／Fe(CN)64-修饰电极分别对VB2、VB6和VC进行单独或同时检测

3．2 小结

第四章 苯磺酸衍生物掺杂PEDOT对VB2、VB9和VC的电化学检测

4．1 结果与讨论

4．1．1 制备修饰电极

4．1．2 电化学表征掺杂态PEDOT膜

4．1．3 掺杂态PEDOT膜的FTIR、UV-vis光谱和SEM分析

4．1．4 修饰电极界面的CV表征

4．1．5 VB2、VB9和VC在不同修饰电极上的电催化性能表征

4．1．6 溶液pH优化

4．1．7 扫速优化

4．1．8 PEDOT／p-ABS-／GCE分别对VB2、VB9和VC进行单独或同时检测

4．1．9 抗干扰能力与稳定性

4．1．10 实际样品分析

4．2 小结

第五章 PEDOT／ZrO2NPs纳米复合材料对VB2、VB6和VC的电化学检测

5．1 结果与讨论

5．1．1 制备ZrO2NPs／GCE、PEDOT／GCE和PEDOT／ZrO2NPs／GCE

5．1．2 PEDOT／ZrO2NPs纳米复合膜的电化学表征

5．1．3 PEDOT／ZrO2NPs纳米复合膜的FTIR、UV／vis光谱、SEM和EDS分析

5．1．4 行修饰电的极界面表征

5．1．5 VB2、VB6和VC混合物在不同修饰电极上的电催化性能表征

5．1．6 扫速优化

5．1．7 PEDOT／ZrO2NPs／GCE分别对VB2、VB6和VC进行单独或同时检测

5．1．8 稳定性

5．1．9 实际样品分析

5．2 小结

第六章 PEDOT／β-CD-SWCNT修饰电极对FA和UA的电化学检测

6．1 结果与讨论

6．1．1 制备修饰电极

6．1．2 PEDOT／β-CD-SWCNT复合材料的FTIR分析

6．1．3 修饰电极的界面表征

6．1．4 FA、UA和AA混合物在不同修饰电极上的电催化性能表征

6．1．5 溶液pH优化

6．1．6 扫速优化

6．1．7 PEDOT／β-CD-SWCNT／GCE对FA和UA进行同时检测

6．1．8 稳定性

6．1．9 实际样品分析

6．2 小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 展望

参考文献

英文缩略表

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢