基于巯基芘-石墨烯复合材料的非酶葡萄糖传感器的制备与性能研究

摘要

葡萄糖传感器的商品化是生物传感器应用的一个典范，为解决千百万糖尿病患者的疾苦发挥了巨大作用。目前市场上销售的葡萄糖传感器均利用葡萄糖氧化酶的高效催化作用对血糖进行检测，然而生物酶不仅价格昂贵，而且易受环境条件影响，化学性质不稳定，使葡萄糖传感器的进一步推广应用受到限制。近年来，基于纳米材料的非酶传感器被广泛关注。纳米金对葡萄糖氧化有很高的催化活性，是构筑非酶葡萄糖传感器的理想材料之一。而石墨烯因其比表面积大且负载能力强，可作为基底材料应用于非酶传感器中。本文利用稠环芳烃化合物与石墨烯间的π-π共轭作用以及纳米金的电催化活性构筑了一种新型非酶葡萄糖传感器。主要研究成果如下:
　　1.根据氯磺酸法制苯硫酚的合成路线，设计了一种全新的氯磺酸法制备1-巯基芘。以芘为原料，通过磺化制得芘磺酸钠，再经酰氯化反应，得到芘磺酰氯，又参考了萘硫酚的合成原理，利用锌粉还原法，100℃下以锌粉浓盐酸还原芘磺酰氯得到了1-巯基芘(PyMT)。随后，对合成过程中各中间产物进行了红外、紫外及荧光光谱表征。结果表明，1-巯基芘被成功合成。
　　2.利用制得的PyMT在金盘电极上制备PyMT自组装单分子膜，并用电化学手段考察了自组装PyMT的最佳条件，随后利用改进的Hummers法制备了石墨烯，通过π-π共轭作用实现了石墨烯在电极上的固定，经过实验条件的优化，制备出了具有优异性能的PyMT-RGO/Au修饰电极。结果表明，PyMT浓度为1mM，PyMT与RGO质量浓度比为1∶1，组装时间24h时，可以得到电化学性能优异的修饰电极。
　　3.通过恒电位电沉积将纳米金固定到PyMT-RGO/Au表面，制备出了非酶葡萄糖传感器(AuNPs/PyMT-RGO/Au)。利用电化学方法对传感器性能进行了考察，最后利用计时电流法，利用传感器对溶液中的葡萄糖含量进行了检测。结果表明，传感器的检测线性范围为1～100mM，相关系数为0.991，检测限为0.57mM。此传感器的优势在于其线性范围涵盖了人体血糖值范围，并且在检测电位下AA、UA等血液中的物质对检测没有干扰。此外，该传感器在实际样品检测中有很好的表现，具有深入研究和应用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 葡萄糖传感器

1．1．1 研究葡萄糖传感器的意义

1．1．2 葡萄糖传感器的发展历程

1．1．3 非酶葡萄糖传感器

1．1．4 葡萄糖的电化学检测

1．1．5 基于纳米金的电化学传感器

1．2 自组装单分子膜技术

1．2．1 巯基自组装膜的机理

1．2．2 巯基自组装膜的潜在优势

1．2．3 自组装膜在非酶传感器中的应用

1．3 石墨烯简介

1．3．1 石墨烯的结构

1．3．2 石墨烯的性质及应用

1．3．3 石墨烯的制备

1．3．4 石墨烯的固定化

1．4 选题意义

1．5 论文主要研究内容

2 仪器试剂及实验方法

2．1 实验仪器与试剂

2．1．1 实验仪器

2．1．2 化学试剂

2．2 实验方法

2．2．1 光谱表征方法

2．2．2 电化学表征方法

2．2．3 葡萄糖的电化学检测

2．3 文中常见英文缩写

3 巯基芘的合成与表征

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 芘-1-磺酸钠的合成

3．2．2 芘磺酰氯的合成

3．2．3 PyMT的合成

3．3 结果与讨论

3．3．1 相关产物红外表征

3．3．2 相关产物紫外表征

3．3．3 相关产物荧光表征

3．4 本章小结

4 PyMT／RGO修饰电极的制备及表征

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 PyMT修饰电极的制备

4．2．2 石墨烯的制备

4．3 结果与讨论

4．3．1 PyMT组装时间对修饰电极电化学性能的影响

4．3．2 PyMT浓度对修饰电极电化学性能影响

4．3．3 石墨烯的结构表征

4．3．4 氧化石墨烯电化学表征

4．3．5 RGO-PyMT修饰电极的电化学表征

4．3．6 PyMT-RGO／Au制备方法的选择

4．3．7 RGO与PyMT比例选择

4．4 本章小结

5 基于纳米金／石墨烯纳米复合材料的非酶葡萄糖传感器

5．1 引言

5．2．1 PyMT-RGO／Au的制备

5．2．2 非酶葡萄糖传感器的制备

5．3 结果与讨论

5．3．1 传感器的电化学表征

5．3．2 传感器对葡萄糖的电催化氧化

5．3．3 葡萄糖传感器的电化学特性

5．3．4 葡萄糖在不同修饰电极上的电催化氧化

5．3．5 DPV法检测葡萄糖

5．3．6 计时电流法工作电位的选择

5．3．7 计时电流法检测葡萄糖

5．3．8 传感器一致性

5．3．9 传感器的重现性

5．3．10 传感器对饮料中葡萄糖的检测

5．4 本草小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢