基于碳纳米材料的电流型葡萄糖传感器的构建和性能研究

摘要

葡萄糖是生物体内碳水化合物的主要组成成分，对维系生命体的新陈代谢过程起着至关重要的作用。正常人体的血糖水平必须保持在一定的范围之内，葡萄糖含量过高或过低都会导致一系列疾病的发生，因此，及时监测血液中葡萄糖的含量对评估人的健康状况具有重要意义。目前检测葡萄糖的方法多种多样，其中电化学传感器因具有操作简单、选择性好、分析速度快等特点，在临床诊断、环境监测、食品工业等方面应用广泛。近年来，纳米材料发展迅速，已有不少文献报道了将其用于化学修饰电极的构建，纳米材料的引入进一步提高了葡萄糖生物传感器的性能。本研究以单壁碳纳米角、石墨烯和金属纳米粒子等为电极修饰材料，构建了三种新型的葡萄糖电化学生物传感器，主要内容如下：
　　1.在玻碳电极上采用滴涂单壁碳纳米角与电化学沉积铜纳米粒子相结合的方式，制备出一种新型的无酶葡萄糖电化学传感器。在碱性介质中其对葡萄糖有明显的电催化氧化作用，在0.35V应用电位下，测定葡萄糖浓度的线性范围是0.04-12.56mmol/L，检出限为17μmol/L(s/n=3)。该传感器的稳定性、重现性良好，且对L-半胱氨酸、抗坏血酸、多巴胺和尿酸具有抗干扰作用。
　　2.首先通过循环伏安扫描在玻碳电极上电沉积金纳米粒子，然后利用壳聚糖固定葡萄糖氧化酶及单壁碳纳米角，最后以戊二醛交联，得到了一种稳定性良好的葡萄糖酶传感器。电化学测试表明:以羟基二茂铁为电子转移媒介体时传感器能催化葡萄糖的氧化，其对葡萄糖的线性检测范围为0.08-4.80mmol/L，检出限为30μmol/L(s/n=3)。此外，该传感器能实现葡萄糖氧化酶的直接电化学，考察了扫描速度、pH的影响，以此为基础有望建立第三代葡萄糖生物传感器。
　　3.利用氨基与醛基之间的Schiff反应，将醛基化的葡萄糖氧化酶(GOD)与氨基化的石墨烯-纳米金复合材料(rGO-Au)交替层层共价组装在玻碳电极上，构建了一种电流型葡萄糖酶传感器。实验对GOD/rGO-Au多层膜电极进行了电化学交流阻抗分析、循环伏安和电流-时间曲线测试，探讨了其对葡萄糖的电催化氧化，并实现了对葡萄糖的线性检测。该传感器的重现性、稳定性良好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 化学修饰电极

1．1．1 化学修饰电极概述

1．1．2 化学修饰电极的制备及分类

1．2 纳米材料

1．2．1 碳纳米材料

1．2．2 金属纳米粒子

1．3 葡萄糖传感器

1．3．1 无酶葡萄糖电化学传感器

1．3．2 葡萄糖酶传感器

1．4 本论文的立意和研究内容

第2章 Cu／SWCNHs修饰电极对葡萄糖的电催化氧化

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 仪器与试剂

2．2．2 制备Cu／SWCNHs／GCE、Nafion／Cu／SWCNHs／GCE和Cu／GCE

2．2．3 测试方法

2．3 结果讨论

2．3．1 Nafion／Cu／SWCNHs／GCE对葡萄糖的电催化氧化行为

2．3．2 单壁碳纳米角用量的选择

2．3．3 铜纳米粒子沉积时间的优化

2．3．4 铜纳米粒子沉积电位的选择

2．3．5 NaOH浓度的影响

2．3．6 扫描速度

2．3．7 应用电位的优化

2．3．8 线性范围与检出限

2．3．9 选择性、重现性和稳定性

2．4 本章小结

第3章 SWCNHs促进的GOD的直接电化学及葡萄糖检测

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 仪器与试剂

3．2．2 不同修饰电极的制备

3．2．3 测试方法

3．3 结果讨论

3．3．1 生物传感器的电化学行为

3．3．2 电沉积金纳米粒子循环圈数的优化

3．3．3 GOD-SWCNHs-Chit复合溶液体积的优化

3．3．4 反应底液pH的选择

3．3．5 扫描速度的影响

3．3．6 应用电位的选择

3．3．7 葡萄糖氧化酶的直接电化学

3．3．8 葡萄糖传感器的安培响应

3．3．9 酶传感器的重现性与稳定性

3．4 本章小结

第4章 GOD与rGO-Au共价自组装葡萄糖传感器的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 仪器与试剂

4．2．2 葡萄糖氧化酶／石墨烯-纳米金多层膜电极的制备

4．3 结果讨论

4．3．1 GOD／rGO-Au多层膜修饰电极的制备

4．3．2 GOD／rGO-Au多层膜修饰电极的电化学交流阻抗分析

4．3．3 GOD／rGO-Au多层膜修饰电极的电化学行为

4．3．4 GOD／rGO-Au多层膜修饰电极对葡萄糖的电催化氧化

4．3．5 GOD／rGO-Au多层膜修饰电极的分析性能

4．3．6 GOD／rGO-Au多层膜修饰电极的稳定性和重现性

4．4 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文